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激光诱导击穿空气等离子体时间分辨特性的光谱研究

刘玉峰 丁艳军 彭志敏 黄宇 杜艳君

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激光诱导击穿空气等离子体时间分辨特性的光谱研究

刘玉峰, 丁艳军, 彭志敏, 黄宇, 杜艳君

Spectroscopic study on the time evolution behaviors of the laser-induced breakdown air plasma

Liu Yu-Feng, Ding Yan-Jun, Peng Zhi-Min, Huang Yu, Du Yan-Jun
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  • 空气等离子体的时间行为对空气环境下激光诱导等离子体形成过程的研究有重要意义. 本文将纳秒Nd:YAG脉冲激光(1064 nm)聚焦于一个大气压的空气中,诱导其产生等离子体. 利用具有纳秒时间分辨功能的PI-MAX-II型ICCD,采用时间分辨光谱方法,研究了大气环境下激光诱导等离子体的时间行为. 大气环境下的激光诱导等离子体光谱广泛分布于300–900 nm范围内,并且是由带状光谱和线状光谱叠加而成的. 根据美国国家标准与技术研究院原子发射谱线数据库,对等离子体光谱中的氧、氮、氢等元素的特征谱线进行了识别和归属. 给出了激光诱导击穿大气等离子体光谱随时间演化的直观图像,根据空气等离子体发射谱线计算了等离子体电子温度和等离子体电子密度. 这些结果对于提高在大气环境下进行的在线测量结果的准确性和精确性具有重要的科学意义.
    The time-resolved spectra of the air-breakdown plasma generated by the nanosecond pulsed 1064 nm beam of a Nd:YAG laser are investigated by using a PI-MAX-II ICCD with nano-time-resolved features. The results show that the laser-induced plasma spectrum in atmospheric environment is widely distributed in a range of 300-900 nm, and it is superimposed by continuous spectra and sharp line spectra. The spectral lines of oxygen, nitrogen and hydrogen are identified according to the National Institute of Standards and Technology database of atomic emission. The intuitive figures of laser-induced breakdown atmospheric plasma spectra with time resolution are given. The electron temperature and electron density are calculated according to the emission spectra. The results have scientific significance for improving the accuracy and precision of the on-line measurement in the atmospheric environment.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51206086,51176085)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51206086, 51176085).
    [1]

    Henry C A, Diwakar P K, Hahn D W 2007 Spectrochim. Acta B 62 1390

    [2]

    Li Z C, Zheng J, Ding Y K, Yin Q, Jiang X H, Li S W, Guo L, Yang D, Wang Z B, Zhang H, Liu Y G, Zhan X Y, Tang Q 2010 Chin. Phys. B 19 125202

    [3]

    Wang R R, Chen W M, Wang W, Dong J Q, Xiao S L 2010 Chin. Phys. B 19 075202

    [4]

    Zhang L, Dong Q L, Wang S J, Sheng Z M, Zhang J 2010 Chin. Phys. B 19 078701

    [5]

    Zhang N, Bao W X, Yang J H, Zhu X N 2013 Chin. Phys. B 22 054209

    [6]

    Zhou Q H, Dong Z W 2013 Acta Phys. Sin. 62 205201 (in Chinese) [周前红, 董志伟 2013 物理学报 62 205201]

    [7]

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

    [8]

    Lin Z X, Li X Y, Cheng X W, Li F Q, Gong S S 2003 Spectrosc. Spect. Anal. 23 421 (in Chinese) [林兆祥, 李小银, 程学武, 李发泉, 龚顺生 2003 光谱学与光谱分析 23 421]

    [9]

    Lu X, Xi T T, Li Y J, Zhang J 2004 Acta Phys. Sin. 53 3404 (in Chinese) [鲁欣, 奚婷婷, 李英竣, 张杰 2004 物理学报 53 3404]

    [10]

    Hao Z Q, Zhang J, Li Y T, Lu X, Yuan X H, Zheng Z Y, Wang Z H, Ling W J, Wei Z Y 2005 Appl. Phys. B 80 627

    [11]

    Martin F, Mawassi R, Vidal F, Gallimberti I, Comtois D, Pepin H, Kieffer J C, Mercure H P 2002 Appl. Spectrosc. 56 1444

    [12]

    Lin Z X, Wu J Q, Sun F L, Gong S S 2010 Appl. Opt. 49 C80

    [13]

    Bekefi G 1966 Radiation Processes in Plasmas (New York: Wiley) pp25-35

    [14]

    David W K, Saum K A 1973 J. Appl. Phys. 44 5328

    [15]

    Robert J N 1995 Appl. Spectrosc. 49 1490

    [16]

    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]

    [17]

    Ding H L, Gao L X, Zheng H Y, Wang Y P, Huang T, Ding L, Zhang W J, Fang L 2010 Spectrosc. Spect. Anal. 30 l (in Chinese) [丁慧林, 高立新, 郑海洋, 王颖萍, 黄腾, 丁蕾, 张为俊, 方黎 2010 光谱学与光谱分析 30 l]

    [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]

    Pandhija S, Rai N K, Rai A K, Thakur S N 2010 Appl. Phys. B 98 231

    [20]

    Shaikh N M, Hafeez S, Rashid B, Baig M A 2007 Eur. Phys. J. D 44 371

    [21]

    Kondo H 2012 Spectrochim. Acta B 73 20

    [22]

    Ahmed A I K 2013 Opt. Laser Technol. 45 443

  • [1]

    Henry C A, Diwakar P K, Hahn D W 2007 Spectrochim. Acta B 62 1390

    [2]

    Li Z C, Zheng J, Ding Y K, Yin Q, Jiang X H, Li S W, Guo L, Yang D, Wang Z B, Zhang H, Liu Y G, Zhan X Y, Tang Q 2010 Chin. Phys. B 19 125202

    [3]

    Wang R R, Chen W M, Wang W, Dong J Q, Xiao S L 2010 Chin. Phys. B 19 075202

    [4]

    Zhang L, Dong Q L, Wang S J, Sheng Z M, Zhang J 2010 Chin. Phys. B 19 078701

    [5]

    Zhang N, Bao W X, Yang J H, Zhu X N 2013 Chin. Phys. B 22 054209

    [6]

    Zhou Q H, Dong Z W 2013 Acta Phys. Sin. 62 205201 (in Chinese) [周前红, 董志伟 2013 物理学报 62 205201]

    [7]

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

    [8]

    Lin Z X, Li X Y, Cheng X W, Li F Q, Gong S S 2003 Spectrosc. Spect. Anal. 23 421 (in Chinese) [林兆祥, 李小银, 程学武, 李发泉, 龚顺生 2003 光谱学与光谱分析 23 421]

    [9]

    Lu X, Xi T T, Li Y J, Zhang J 2004 Acta Phys. Sin. 53 3404 (in Chinese) [鲁欣, 奚婷婷, 李英竣, 张杰 2004 物理学报 53 3404]

    [10]

    Hao Z Q, Zhang J, Li Y T, Lu X, Yuan X H, Zheng Z Y, Wang Z H, Ling W J, Wei Z Y 2005 Appl. Phys. B 80 627

    [11]

    Martin F, Mawassi R, Vidal F, Gallimberti I, Comtois D, Pepin H, Kieffer J C, Mercure H P 2002 Appl. Spectrosc. 56 1444

    [12]

    Lin Z X, Wu J Q, Sun F L, Gong S S 2010 Appl. Opt. 49 C80

    [13]

    Bekefi G 1966 Radiation Processes in Plasmas (New York: Wiley) pp25-35

    [14]

    David W K, Saum K A 1973 J. Appl. Phys. 44 5328

    [15]

    Robert J N 1995 Appl. Spectrosc. 49 1490

    [16]

    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]

    [17]

    Ding H L, Gao L X, Zheng H Y, Wang Y P, Huang T, Ding L, Zhang W J, Fang L 2010 Spectrosc. Spect. Anal. 30 l (in Chinese) [丁慧林, 高立新, 郑海洋, 王颖萍, 黄腾, 丁蕾, 张为俊, 方黎 2010 光谱学与光谱分析 30 l]

    [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]

    Pandhija S, Rai N K, Rai A K, Thakur S N 2010 Appl. Phys. B 98 231

    [20]

    Shaikh N M, Hafeez S, Rashid B, Baig M A 2007 Eur. Phys. J. D 44 371

    [21]

    Kondo H 2012 Spectrochim. Acta B 73 20

    [22]

    Ahmed A I K 2013 Opt. Laser Technol. 45 443

  • [1] 王媛媛, 王羡之, 宋贾俊, 张旭, 王兆华, 魏志义. 超强激光在均匀等离子体中的背向拉曼散射放大机制. 物理学报, 2022, 71(5): 055202. doi: 10.7498/aps.71.20211270
    [2] 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
    [3] 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
    [4] 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
    [5] 张鑫, 黄勇, 王万波, 唐坤, 李华星. 对称式布局介质阻挡放电等离子体激励器诱导启动涡. 物理学报, 2016, 65(17): 174701. doi: 10.7498/aps.65.174701
    [6] 刘明伟, 龚顺风, 李劲, 姜春蕾, 张禹涛, 周并举. 低密等离子体通道中的非共振激光直接加速. 物理学报, 2015, 64(14): 145201. doi: 10.7498/aps.64.145201
    [7] 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
    [8] 刘月华, 陈明, 刘向东, 崔清强, 赵明文. 透镜到靶材的距离对脉冲激光诱导等离子体的影响机理研究. 物理学报, 2013, 62(2): 025203. doi: 10.7498/aps.62.025203
    [9] 李世雄, 白忠臣, 黄政, 张欣, 秦水介, 毛文雪. 激光诱导等离子体加工石英微通道机理研究. 物理学报, 2012, 61(11): 115201. doi: 10.7498/aps.61.115201
    [10] 高勋, 宋晓伟, 郭凯敏, 陶海岩, 林景全. 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
    [11] 吕晓桂, 任春生, 马腾才, 朱海龙, 钱沐扬, 王德真. 石英管对空气中锥-板结构纳秒脉冲放电的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 7917-7921. doi: 10.7498/aps.59.7917
    [12] 夏志林, 郭培涛, 薛亦渝, 黄才华, 李展望. 短脉冲激光诱导薄膜损伤的等离子体爆炸过程分析. 物理学报, 2010, 59(5): 3523-3530. doi: 10.7498/aps.59.3523
    [13] 于凌尧, 尹君, 万辉, 刘星, 屈军乐, 牛憨笨, 林子扬. 基于超连续光谱激发的时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射方法与实验研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5406-5411. doi: 10.7498/aps.59.5406
    [14] 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
    [15] 张秋菊, 武慧春, 王兴海, 盛政明, 张 杰. 超短激光脉冲在等离子体中的分裂以及类孤子结构的形成. 物理学报, 2007, 56(12): 7106-7113. doi: 10.7498/aps.56.7106
    [16] 吴文智, 闫玉禧, 郑植仁, 金钦汉, 刘伟龙, 张建平, 杨延强, 苏文辉. 水溶性CdTe量子点的稳态和纳秒时间分辨光致发光光谱. 物理学报, 2007, 56(5): 2926-2930. doi: 10.7498/aps.56.2926
    [17] 孙立涛, 巩金龙, 朱志远, 朱德彰, 何绥霞, 王震遐. 等离子体诱导碳纳米管到纳米金刚石的相变. 物理学报, 2004, 53(10): 3467-3471. doi: 10.7498/aps.53.3467
    [18] 朱建敏, 沈文忠. 步进扫描时间分辨光谱及其在太阳电池光电导上的应用. 物理学报, 2004, 53(11): 3716-3723. doi: 10.7498/aps.53.3716
    [19] 张端明, 关 丽, 李智华, 钟志成, 侯思普, 杨凤霞, 郑克玉. 脉冲激光制膜过程中等离子体演化规律的研究. 物理学报, 2003, 52(1): 242-246. doi: 10.7498/aps.52.242
    [20] 何斌, 常铁强, 张家泰, 许林宝. 超强激光场等离子体中电子纵向运动的研究. 物理学报, 2001, 50(10): 1939-1945. doi: 10.7498/aps.50.1939
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-14
  • 修回日期:  2014-06-02
  • 刊出日期:  2014-10-05

激光诱导击穿空气等离子体时间分辨特性的光谱研究

  • 1. 清华大学热能系, 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室, 北京 100084;
  • 2. 华北电力大学控制与计算机工程学院, 保定 071003
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51206086,51176085)资助的课题.

摘要: 空气等离子体的时间行为对空气环境下激光诱导等离子体形成过程的研究有重要意义. 本文将纳秒Nd:YAG脉冲激光(1064 nm)聚焦于一个大气压的空气中,诱导其产生等离子体. 利用具有纳秒时间分辨功能的PI-MAX-II型ICCD,采用时间分辨光谱方法,研究了大气环境下激光诱导等离子体的时间行为. 大气环境下的激光诱导等离子体光谱广泛分布于300–900 nm范围内,并且是由带状光谱和线状光谱叠加而成的. 根据美国国家标准与技术研究院原子发射谱线数据库,对等离子体光谱中的氧、氮、氢等元素的特征谱线进行了识别和归属. 给出了激光诱导击穿大气等离子体光谱随时间演化的直观图像,根据空气等离子体发射谱线计算了等离子体电子温度和等离子体电子密度. 这些结果对于提高在大气环境下进行的在线测量结果的准确性和精确性具有重要的科学意义.

English Abstract

参考文献 (22)

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