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YAG激光Al等离子体参数的时空分辨诊断-核聚变与等离子体物理.PDF

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第 29 卷 第 4 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.29, No.4 2 0 0 9 年 12 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Dec. 2009 文章编号:0254−6086(2009)04−0370−05 YAG 激光 Al 等离子体参数的时空分辨诊断 薛全喜,叶锡生,赵学庆,张永生 (西北核技术研究所,西安 710024) 摘 要:采用光学多通道分析仪等设备对 532nm YAG 激光诱导产生的 Al 等离子体光谱进行了时空分辨测量, 得到了等离子体时空分辨光谱。利用局部热平衡(LTE)模型和谱线的 Stark 展宽计算得到了等离子体电子温度和电 子密度的时空演化曲线,获得了与文献[9 ~11]一致的结果。 关键词:激光等离子体;时空分辨光谱;电子温度;电子密度 中图分类号:O536 文献标识码:A 1 引言 激光器和光学多通道分析仪;调节两触发信号间的 脉冲激光烧蚀技术有广泛的应用前景,包括薄 时间延迟,可得到不同时刻的时间分辨光谱。Al 膜沉积[1]、微量元素的定量分析[2]、微加工[3]等,为 靶和光纤头分别固定在两个电移台上。沿靶面法线 ~ 此开展了大量研究[4 11]。在多种环境气体下,利用 方向移动光纤头,可使光学多通道分析仪测量得到 不同能量、波长和脉宽的激光辐照不同材料产生等 相应位置处的等离子体光谱。打靶同时,对激光脉 离子体,研究了等离子体的产生过程、演化过程和 冲能量和时间宽度进行监测测量。每测得一幅光谱 状态参数等,对激光等离子体有了一定认识。但激 后,改变触发信号间的时间延迟或移动光纤头的位 光等离子体存在的时间和空间非常有限,演化特别 置,然后沿靶面方向移动靶材,进行下一时空点的 快,而且涉及的物理过程复杂,一般只诊断激光等 光谱测量。 离子体存在时间段和存在空间范围内的平均参数, 难以对激光等离子体进行时空分辨诊断。激光等离 ~ 子体时空分辨诊断研究的报道[9 11]不多,已有的研 究只注重时间分辨或空间分辨。本文利用时空分辨 技术测量 532nm YAG 激光诱导产生的 Al 等离子体 光谱,并根据测量到的时空分辨光谱计算分析了 Al 等离子体重要参数电子温度和电子密度的时空 演化过程。 2 实验系统 实验系统原理图如图 1 所示。激光脉冲经过两 图 1 实验系统原理图 次反射进入真空度为 7×10−3Pa 靶室后,经聚焦透镜 会聚于平面 Al 靶上形成直径约 1mm 的焦斑。成像 实验设备中,Al 靶纯度为 99.99% ,表面抛光; YAG 激光器为 Lablite−400 型,输出激光波长为 透镜将离开靶面一定距离位置处的等离子体羽成 532nm ,脉冲能量和时间宽度分别为 180mJ 和 6ns ; 像于光学多通道分析仪的石英光纤头上;由同步脉 光学多通道分析仪为 OMA−4 型,其分光光栅选用 冲发生器先后发出两个触发信号,分别触发 YAG
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