激光诱导AlO自由基B2+X2+跃迁光谱研究

郭连波; 郝荣飞; 郝中骐; 李阔湖; 沈萌; 任昭; 李祥友; 曾晓雁

doi:10.7498/aps.62.224211

摘要

基于激光诱导击穿光谱技术, 利用Nd:YAG脉冲激光激发Al2O3 (含量为99%)陶瓷片产生等离子体, 获得了AlO自由基B2+X2+跃迁的33条发射谱线. 就AlO自由基光谱的时间演化规律和激光能量对谱线的影响规律进行了研究与分析. 结果表明, AlO自由基光谱出现在Al原子和Al离子光谱之后, 且持续时间较长. 当激光的脉冲能量由10 mJ起不断增加时, AlO自由基光谱强度逐渐减小, 且最大值出现时间随激光能量的增加而后移. 在此基础上, 进行了陶瓷等离子体在空气和氩气环境下的对比试验, 发现从Al2O3陶瓷片中激发所产生的AlO自由基必须有空气中O2参与反应.

关键词:

Abstract

Based on laser-induced breakdown spectroscopy, a short pulse laser is used to excite Al2O3 (content of 99%) ceramic to produce ceramic plasma. The plasma emission spectrum is collected, and 33 spectral lines of AlO radical B2+X2+ transition are obtained. The time-resolved AlO radical spectrum and its relationship with laser pulse energy are investigated. The results show that the emission spectrum of AlO radical appears later and lasts longer than those of Al atom and Al ion. With the increase of the laser pulse energy, the spectral intensity of AlO radical decreases and the time when the maximum spectral intensity appears moves backward. Finally, the ceramic plasma produced in air is compared with that produced in Ar environment. The results prove that the formation of AlO radical spectrum has an important relationship with O2 in air.

Keywords:

作者及机构信息

1.
华中科技大学, 武汉光电国家实验室(筹), 武汉 430074;

2.
武汉新瑞达激光工程有限责任公司, 武汉 430074

基金项目: 国家重大科学仪器设备开发专项基金(批准号: 2011YQ160017)和国家自然科学基金(批准号: 51128501)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;

2.
Wuhan New Research and Development Laser Engineering Co., Ltd, Wuhan 430074, China

Funds: Project supported by the Special Funds of the Major Scientific Instrument Equipment Development of China (Grant No. 2011YQ160017) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51128501).

参考文献

[1]	Lu C P, Liu W Q, Zhao N J, Liu L T, Chen D, Zhang Y J, Liu J G 2011 Acta Phys. Sin. 60 045206 (in Chinese) [卢翠萍, 刘文清, 赵南京, 刘立拓, 陈东, 张玉钧, 刘建国 2011 物理学报 60 045206]
[2]	Nakimana A, Tao H Y, Hao Z Q, Sun C K, Gao X, Lin J Q 2013 Chin. Phys. B 22 014209
[3]	Zhang D C, Ma X W, Zhu X L, Li B, Zu K L 2008 Acta Phys. Sin. 57 6348 (in Chinese) [张大成, 马新文, 朱小龙, 李斌, 祖凯玲 2008 物理学报 57 6348]
[4]	Parigger C G 2013 Spectrochim. Acta B 79 4
[5]	Zhang D C, Ma X W, Wen W Q, Zhang P J, Zhu X L, Li B, Liu H P 2010 Chin. Phys. Lett. 27 063202
[6]	Guo L B, Li C M, Hu W, Zhou Y S, Zhang B Y, Cai Z X, Zeng X Y, Lu Y F 2011 Appl. Phys. Lett. 98 131501
[7]	Abdellatif G, Imam H 2002 Spectrochim. Acta B 57 1155
[8]	Guo L B, Hu W, Zhang B Y, He X N, Li C M, Zhou Y S, Cai Z X, Zeng X Y, Lu Y F 2011 Opt. Express 19 14067
[9]	Portnov A, Rosenwaks S, Bar I 2003 Appl. Opt. 42 2835
[10]	Baudelet M, Boueri M, Yu J, Mao S S, Piscitelli V, Mao X L, Russo R E 2007 Spectrochim. Acta B 62 1329
[11]	Vivien C, Hermann J, Perrone A, Leborgne C B, Luches A 1998 Appl. Phys. 31 1263
[12]	Ma J, Li A, Li C Y 2003 J. Anhui Normal Univ. 26 133 (in Chinese) [马靖, 李昂, 李春燕 2003 安徽师范大学学报 26 133]
[13]	Ming D, Fan Q C, Sun W G 2011 J. Xihua Univ. 30 21 (in Chinese) [明东, 樊群超, 孙卫国 2011 西华大学学报 30 21]
[14]	Jones M R, Brewster M Q 1991 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 46 109
[15]	Li Z N, Wang Y G, Hu D, Gou Q Q 1996 Chin. J. At. Mol. Phys. 13 312 (in Chinese) [李招宁, 王永国, 胡栋, 苟清泉 1996 原子与分子物理学报 13 312]
[16]	Jin J, Chen Y, Pei L S, Hu C J, Ma X X, Chen C X 2000 Acta Phys. Sin. 49 1689 (in Chinese) [金瑾, 陈旸, 裴林森, 胡长进, 马兴孝, 陈从香 2000 物理学报 49 1689]
[17]	Peng Z M, Yang Q S, Liu C, Zhu N Y, Jiang Z L 2010 Spectrosc. Spec. Anal. 30 865 (in Chinese) [彭志敏, 杨乾锁, 刘春, 竺乃宜, 姜宗林 2010光谱学与光谱分析 30 865]
[18]	Liu Y H, Chen M, Liu X D, Cui Q Q, Zhao M W 2013 Acta Phys. Sin. 62 025203 (in Chinese) [刘月华, 陈明, 刘向东, 崔清强, 赵明文 2013 物理学报 62 025203]
[19]	Xiong Y, Chen Y K, Chang X L 1986 J. Yunnan Univ. 8 264 (in Chinese) [熊烨, 陈永康, 长校良 1986 云南大学学报 8 264]
[20]	Xu C C, Guo S J 1989 Atomic and Molecular Spectroscopy (Dalian: Dalian University of Technology Press) p243 (in Chinese) [许长存, 过巳吉 1989 原子和分子光谱学(大连: 大连理工大学出版社)第243页]
[21]	Lee S H, Yoh J J 2012 Appl. Spectrosc. 66 107
[22]	Hahn D W, Omenetto N 2012 Appl. Spectrosc. 66 387
[23]	Messaci S A, Kerdja T, Bendib A, Malek S 2005 Spectrochim. Acta B 60 959
[24]	Varenne O, Fournier P G, Fournier J, Boujemaa B, Fake A I, Rostas J, Taieb G 2000 Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 171 259
[25]	Kasatani K, Higashide H, Shinoara H, Sato H 1990 Chem. Phys. Lett. 174 71

施引文献

[1]	Lu C P, Liu W Q, Zhao N J, Liu L T, Chen D, Zhang Y J, Liu J G 2011 Acta Phys. Sin. 60 045206 (in Chinese) [卢翠萍, 刘文清, 赵南京, 刘立拓, 陈东, 张玉钧, 刘建国 2011 物理学报 60 045206]
[2]	Nakimana A, Tao H Y, Hao Z Q, Sun C K, Gao X, Lin J Q 2013 Chin. Phys. B 22 014209
[3]	Zhang D C, Ma X W, Zhu X L, Li B, Zu K L 2008 Acta Phys. Sin. 57 6348 (in Chinese) [张大成, 马新文, 朱小龙, 李斌, 祖凯玲 2008 物理学报 57 6348]
[4]	Parigger C G 2013 Spectrochim. Acta B 79 4
[5]	Zhang D C, Ma X W, Wen W Q, Zhang P J, Zhu X L, Li B, Liu H P 2010 Chin. Phys. Lett. 27 063202
[6]	Guo L B, Li C M, Hu W, Zhou Y S, Zhang B Y, Cai Z X, Zeng X Y, Lu Y F 2011 Appl. Phys. Lett. 98 131501
[7]	Abdellatif G, Imam H 2002 Spectrochim. Acta B 57 1155
[8]	Guo L B, Hu W, Zhang B Y, He X N, Li C M, Zhou Y S, Cai Z X, Zeng X Y, Lu Y F 2011 Opt. Express 19 14067
[9]	Portnov A, Rosenwaks S, Bar I 2003 Appl. Opt. 42 2835
[10]	Baudelet M, Boueri M, Yu J, Mao S S, Piscitelli V, Mao X L, Russo R E 2007 Spectrochim. Acta B 62 1329
[11]	Vivien C, Hermann J, Perrone A, Leborgne C B, Luches A 1998 Appl. Phys. 31 1263
[12]	Ma J, Li A, Li C Y 2003 J. Anhui Normal Univ. 26 133 (in Chinese) [马靖, 李昂, 李春燕 2003 安徽师范大学学报 26 133]
[13]	Ming D, Fan Q C, Sun W G 2011 J. Xihua Univ. 30 21 (in Chinese) [明东, 樊群超, 孙卫国 2011 西华大学学报 30 21]
[14]	Jones M R, Brewster M Q 1991 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 46 109
[15]	Li Z N, Wang Y G, Hu D, Gou Q Q 1996 Chin. J. At. Mol. Phys. 13 312 (in Chinese) [李招宁, 王永国, 胡栋, 苟清泉 1996 原子与分子物理学报 13 312]
[16]	Jin J, Chen Y, Pei L S, Hu C J, Ma X X, Chen C X 2000 Acta Phys. Sin. 49 1689 (in Chinese) [金瑾, 陈旸, 裴林森, 胡长进, 马兴孝, 陈从香 2000 物理学报 49 1689]
[17]	Peng Z M, Yang Q S, Liu C, Zhu N Y, Jiang Z L 2010 Spectrosc. Spec. Anal. 30 865 (in Chinese) [彭志敏, 杨乾锁, 刘春, 竺乃宜, 姜宗林 2010光谱学与光谱分析 30 865]
[18]	Liu Y H, Chen M, Liu X D, Cui Q Q, Zhao M W 2013 Acta Phys. Sin. 62 025203 (in Chinese) [刘月华, 陈明, 刘向东, 崔清强, 赵明文 2013 物理学报 62 025203]
[19]	Xiong Y, Chen Y K, Chang X L 1986 J. Yunnan Univ. 8 264 (in Chinese) [熊烨, 陈永康, 长校良 1986 云南大学学报 8 264]
[20]	Xu C C, Guo S J 1989 Atomic and Molecular Spectroscopy (Dalian: Dalian University of Technology Press) p243 (in Chinese) [许长存, 过巳吉 1989 原子和分子光谱学(大连: 大连理工大学出版社)第243页]
[21]	Lee S H, Yoh J J 2012 Appl. Spectrosc. 66 107
[22]	Hahn D W, Omenetto N 2012 Appl. Spectrosc. 66 387
[23]	Messaci S A, Kerdja T, Bendib A, Malek S 2005 Spectrochim. Acta B 60 959
[24]	Varenne O, Fournier P G, Fournier J, Boujemaa B, Fake A I, Rostas J, Taieb G 2000 Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. B 171 259
[25]	Kasatani K, Higashide H, Shinoara H, Sato H 1990 Chem. Phys. Lett. 174 71

[1]	侯佳佳, 张大成, 冯中琦, 朱江峰. 基于温度迭代校正自吸收效应的激光诱导击穿光谱定量分析方法. 物理学报, 2024, 73(5): 054205. doi: 10.7498/aps.73.20231541
[2]	董鹏凯, 赵上勇, 郑柯鑫, 王蓟, 高勋, 郝作强, 林景全. 激光诱导击穿光谱技术结合神经网络和支持向量机算法的人参产地快速识别研究. 物理学报, 2021, 70(4): 040201. doi: 10.7498/aps.70.20201520
[3]	戴宇佳, 李明亮, 宋超, 高勋, 郝作强, 林景全. 空间约束结合梯度下降法提高铝合金中Fe成分激光诱导击穿光谱技术检测精度. 物理学报, 2021, 70(20): 205204. doi: 10.7498/aps.70.20210792
[4]	刘立拓, 王春龙, 余晓娅, 石俊凯, 黎尧, 陈晓梅, 周维虎. 硅片表面纳米颗粒剥离及其成分检测方法研究. 物理学报, 2020, 69(16): 165201. doi: 10.7498/aps.69.20200517
[5]	杨雪, 李苏宇, 姜远飞, 陈安民, 金明星. 不同样品温度下聚焦透镜到样品表面距离对激光诱导铜击穿光谱的影响. 物理学报, 2019, 68(6): 065201. doi: 10.7498/aps.68.20182198
[6]	赵法刚, 张宇, 张雷, 尹王保, 董磊, 马维光, 肖连团, 贾锁堂. 基于自吸收量化的激光诱导等离子体表征方法. 物理学报, 2018, 67(16): 165201. doi: 10.7498/aps.67.20180374
[7]	杨大鹏, 李苏宇, 姜远飞, 陈安民, 金明星. 飞秒激光成丝诱导Cu等离子体的温度和电子密度. 物理学报, 2017, 66(11): 115201. doi: 10.7498/aps.66.115201
[8]	杨文斌, 周江宁, 李斌成, 邢廷文. 激光诱导氮气等离子体时间分辨光谱研究及温度和电子密度测量. 物理学报, 2017, 66(9): 095201. doi: 10.7498/aps.66.095201
[9]	刘玉峰, 张连水, 和万霖, 黄宇, 杜艳君, 蓝丽娟, 丁艳军, 彭志敏. 激光诱导击穿火焰等离子体光谱研究. 物理学报, 2015, 64(4): 045202. doi: 10.7498/aps.64.045202
[10]	刘玉峰, 丁艳军, 彭志敏, 黄宇, 杜艳君. 激光诱导击穿空气等离子体时间分辨特性的光谱研究. 物理学报, 2014, 63(20): 205205. doi: 10.7498/aps.63.205205
[11]	张颖, 张大成, 马新文, 潘冬, 赵冬梅. 基于激光诱导击穿光谱技术定量分析食用明胶中的铬元素. 物理学报, 2014, 63(14): 145202. doi: 10.7498/aps.63.145202
[12]	陈添兵, 姚明印, 刘木华, 林永增, 黎文兵, 郑美兰, 周华茂. 基于多元定标法的脐橙Pb元素激光诱导击穿光谱定量分析. 物理学报, 2014, 63(10): 104213. doi: 10.7498/aps.63.104213
[13]	王杰敏, 冯恒强, 孙金锋, 施德恒, 李文涛, 朱遵略. SiN自由基X2+, A2和B2+ 电子态的光谱常数研究. 物理学报, 2013, 62(1): 013105. doi: 10.7498/aps.62.013105
[14]	于洋, 郝中骐, 李常茂, 郭连波, 李阔湖, 曾庆栋, 李祥友, 任昭, 曾晓雁. 支持向量机算法在激光诱导击穿光谱技术塑料识别中的应用研究. 物理学报, 2013, 62(21): 215201. doi: 10.7498/aps.62.215201
[15]	张旭, 姚明印, 刘木华. 激光诱导击穿光谱结合偏最小二乘法定量分析脐橙中Cd含量. 物理学报, 2013, 62(4): 044211. doi: 10.7498/aps.62.044211
[16]	王春龙, 刘建国, 赵南京, 马明俊, 王寅, 胡丽, 张大海, 余洋, 孟德硕, 章炜, 刘晶, 张玉钧, 刘文清. 水体重金属激光诱导击穿光谱定量分析方法对比研究. 物理学报, 2013, 62(12): 125201. doi: 10.7498/aps.62.125201
[17]	鲁翠萍, 刘文清, 赵南京, 刘立拓, 陈东, 张玉钧, 刘建国. 土壤重金属铬元素的激光诱导击穿光谱定量分析研究. 物理学报, 2011, 60(4): 045206. doi: 10.7498/aps.60.045206
[18]	孙对兄, 苏茂根, 董晨钟, 王向丽, 张大成, 马新文. 基于激光诱导击穿光谱技术的铝合金成分定量分析. 物理学报, 2010, 59(7): 4571-4576. doi: 10.7498/aps.59.4571
[19]	张大成, 马新文, 朱小龙, 李斌, 祖凯玲. 激光诱导击穿光谱应用于三种水果样品微量元素的分析. 物理学报, 2008, 57(10): 6348-6353. doi: 10.7498/aps.57.6348
[20]	金瑾, 陈旸, 裴林森, 胡长进, 马兴孝, 陈从香. 射流冷却AlO自由基B2Σ+—X2Σ+光谱研究. 物理学报, 2000, 49(9): 1689-1691. doi: 10.7498/aps.49.1689

计量

文章访问数: 8674
PDF下载量: 500
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板