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飞秒激光低压N2等离子体特性的实验研究

刘小亮 孙少华 曹瑜 孙铭泽 刘情操 胡碧涛

飞秒激光低压N2等离子体特性的实验研究

刘小亮, 孙少华, 曹瑜, 孙铭泽, 刘情操, 胡碧涛
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  • 在低于一个标准大气压的条件下对飞秒激光产生的N2等离子体光谱进行了实验研究.结果表明, 各种样品气压下的激光N2等离子体光谱均表现为连续谱和线状谱的叠加.随着样品气压的降低, 连续谱和原子谱线的强度经历了由缓慢增强发展为缓慢降低再到迅速降低的过程, 而正一价离子谱线强度呈现逐步增强的特征.在气压低于0.3 atm (1 atm=101325 Pa)时, 出现了正二价态的离子谱线. 给出了低压N2等离子体对于飞秒激光传输和能量吸收的物理特性, 并初步讨论了低压等离子体通道特性.这些结果有助于加深了解飞秒激光等离子体的特性和机理, 特别是给出了在实验上测量不同价态离子光谱的条件, 为今后的研究提供了有益的实验依据.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:91026021)资助的课题.
    [1]

    Meyand R G, Hanght A F 1963 Phys. Rev. Lett. 11 401

    [2]

    Brown R T, Smith D C 1973 Appl. Phys. Lett. 22 245

    [3]

    Miziolek A, Palleschi V, Schechter I 2006 Laser-induced Breakdown Spectroscopy (New York: Cambridge University) p171

    [4]

    Turcu I C E, Gower M C, Huntington P 1996 Opt. Commun. 134 66

    [5]

    Phuoc T X 2000 Opt. Commun. 175 419

    [6]

    Yalcin S, Crosley D R, Smith G P, Faris G W 1999 Appl. Phys. B 68 121

    [7]

    Hahn D W 1998 Phys. Rev. Lett. 72 2960

    [8]

    Stancu G D, Kaddouri F, Lacoste D A, Laux C O 2010 J. Phys. D: Appl. Phys. 43 124002

    [9]

    Sattmann R, Monch I, Krause H, Noll R, Couris S, Hatziapostolou A, Mavromanklakis A, Fotakis C, Larrauri E, Miguel R 1998 Appl. Spectrosc. 52 456

    [10]

    Rusak D A, Castle B C, Smith B W 1997 Crit. Rev. Anal. Chem. 27 257

    [11]

    Liu Z Y, Ding P J, Shi Y C, Lu X, Sun S H, Liu X L, Liu Q C, Ding B W, Hu B T 2012 Opt. Express 20 8837

    [12]

    Bindhu C V, Harilal S S, Tillack M S, Najmabadi F, Gaeris A C 2003 J. Appl. Phys. 94 7402

    [13]

    Glumac N, Elliott G 2007 Opt. Laser Eng. 45 7

    [14]

    Wang X L, Zhang N, Zhao Y B, Li Z L, Zhai H C, Zhu X N 2008 Acta Phys. Sin. 57 354 (in Chinese) [王晓雷, 张楠, 赵友博, 李智磊, 翟宏琛, 朱晓农 2008 物理学报 57 354]

    [15]

    Zhu Z Q, Wang X L 2011 Acta Phys. Sin. 60 085205 (in Chinese) [朱竹青, 王晓雷 2011 物理学报 60 085205]

    [16]

    Guo K M, Gao X, Hao Z Q, Lu Y, Sun C K, Lin J Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 075212 (in Chinese) [郭凯敏, 高勋, 郝作强, 鲁毅, 孙长凯, 林景全 2012 物理学报 61 075212]

    [17]

    Li X Y, Lin Z X, Liu Y Y, Chen Y Q, Gong S S 2004 Acta Opt. Sin. 24 1051 (in Chinese) [李小银, 林兆祥, 刘煜炎, 陈扬锓, 龚顺生 2004 光学学报 24 1051]

    [18]

    Lin Z X, Wu J Q, Gong S S 2006 Acta Phys. Sin. 55 5892 (in Chinese) [林兆祥, 吴金泉, 龚顺生 2006 物理学报 55 5892]

    [19]

    Dyachkov L G, Golubev O A, Kobzev G A, Vargin A N 1978 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 20 175

    [20]

    Armstrong R A, Lucht R A, Rawlins W T 1983 Appl. Opt. 22 1573

  • [1]

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    Sattmann R, Monch I, Krause H, Noll R, Couris S, Hatziapostolou A, Mavromanklakis A, Fotakis C, Larrauri E, Miguel R 1998 Appl. Spectrosc. 52 456

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    [17]

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    [20]

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  • [1] 龚顺生, 林兆祥, 吴金泉. 延迟双脉冲激光产生的空气等离子体的光谱研究. 物理学报, 2006, 55(11): 5892-5898. doi: 10.7498/aps.55.5892
    [2] 胡大治, 沈明荣. 淀积气压对脉冲激光淀积La掺杂钛酸铅薄膜介电性能的影响. 物理学报, 2004, 53(12): 4405-4409. doi: 10.7498/aps.53.4405
    [3] 高勋, 宋晓伟, 陶海岩, 林景全, 郭凯敏. 飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究. 物理学报, 2011, 60(2): 025203. doi: 10.7498/aps.60.025203
    [4] 朱竹青, 王晓雷. 飞秒激光空气等离子体发射光谱的实验研究. 物理学报, 2011, 60(8): 085205. doi: 10.7498/aps.60.085205
    [5] 郭凯敏, 高 勋, 郝作强, 鲁毅, 孙长凯, 林景全. 空气中飞秒激光等离子体荧光辐射光谱研究. 物理学报, 2012, 61(7): 075212. doi: 10.7498/aps.61.075212
    [6] 王 鹏, 王兆华, 魏志义, 郑加安, 孙敬华, 张 杰. 用SPIDER法测量飞秒激光脉冲的光谱相位. 物理学报, 2004, 53(9): 3004-3009. doi: 10.7498/aps.53.3004
    [7] 郭凯敏, 高勋, 薛念亮, 赵振明, 李海军, 鲁毅, 林景全. 飞秒激光等离子体单丝导电性能的空间分辨研究. 物理学报, 2011, 60(10): 105203. doi: 10.7498/aps.60.105203
    [8] 吕志国, 杨直, 李峰, 李强龙, 王屹山, 杨小君. 基于光纤中超短脉冲非线性传输机理与特定光谱选择技术的多波长飞秒激光的产生. 物理学报, 2018, 67(18): 184205. doi: 10.7498/aps.67.20181026
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    [10] 王红霞, 竹有章, 田涛, 李爱君. 激光在不同类型气溶胶中传输特性研究. 物理学报, 2013, 62(2): 024214. doi: 10.7498/aps.62.024214
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    [12] 王明军, 魏亚飞, 柯熙政. 复杂大气背景下机载通信终端与无人机目标之间的激光传输特性研究. 物理学报, 2019, 68(9): 094203. doi: 10.7498/aps.68.20182052
    [13] 曹士英, 张志刚, 宋振明, 秦瑀, 王清月. 飞秒激光在不同位置温度梯度的惰性气体中成丝及光谱展宽的差异. 物理学报, 2009, 58(6): 3971-3976. doi: 10.7498/aps.58.3971
    [14] 邓万涛, 赵刚, 夏惠军, 张茂, 杨艺帆. 非相干合成阵列激光倾斜像差校正方法. 物理学报, 2019, 68(23): 234205. doi: 10.7498/aps.68.20190961
    [15] 仲佳勇, 李玉同, 鲁 欣, 张 翼, Bernhardt Jens, 刘 峰, 郝作强, 张 喆, 于全芝, 陈 民, 远晓辉, 梁文锡, 赵 刚, 张 杰. 空气中单个激光等离子体通道的形成条件. 物理学报, 2007, 56(12): 7114-7119. doi: 10.7498/aps.56.7114
    [16] 王广辉, 王晓方, 董克攻. 超短超强激光导引及对电子加速的影响. 物理学报, 2012, 61(16): 165201. doi: 10.7498/aps.61.165201
    [17] 李成斌, 贾天卿, 孙海轶, 李晓溪, 徐世珍, 冯东海, 王晓峰, 葛晓春, 徐至展. 飞秒激光对氟化镁烧蚀机理研究. 物理学报, 2006, 55(1): 217-220. doi: 10.7498/aps.55.217
    [18] 王晓雷, 张 楠, 赵友博, 李智磊, 翟宏琛, 朱晓农. 飞秒激光激发空气电离的阈值研究. 物理学报, 2008, 57(1): 354-357. doi: 10.7498/aps.57.354
    [19] 王文亭, 张楠, 王明伟, 何远航, 杨建军, 朱晓农. 飞秒激光烧蚀固体靶的冲击压强. 物理学报, 2013, 62(17): 170601. doi: 10.7498/aps.62.170601
    [20] 王文亭, 张楠, 王明伟, 何远航, 杨建军, 朱晓农. 飞秒激光烧蚀金属靶的冲击温度. 物理学报, 2013, 62(21): 210601. doi: 10.7498/aps.62.210601
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-07-03
  • 修回日期:  2012-08-23
  • 刊出日期:  2013-02-05

飞秒激光低压N2等离子体特性的实验研究

  • 1. 兰州大学核科学与技术学院, 兰州 730000
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:91026021)资助的课题.

摘要: 在低于一个标准大气压的条件下对飞秒激光产生的N2等离子体光谱进行了实验研究.结果表明, 各种样品气压下的激光N2等离子体光谱均表现为连续谱和线状谱的叠加.随着样品气压的降低, 连续谱和原子谱线的强度经历了由缓慢增强发展为缓慢降低再到迅速降低的过程, 而正一价离子谱线强度呈现逐步增强的特征.在气压低于0.3 atm (1 atm=101325 Pa)时, 出现了正二价态的离子谱线. 给出了低压N2等离子体对于飞秒激光传输和能量吸收的物理特性, 并初步讨论了低压等离子体通道特性.这些结果有助于加深了解飞秒激光等离子体的特性和机理, 特别是给出了在实验上测量不同价态离子光谱的条件, 为今后的研究提供了有益的实验依据.

English Abstract

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