脉冲激光-铜靶等离子体产生及其演化过程的瞬态光谱研究

刘院省; 刘世炳; 宋海英; 何润

doi:10.7498/aps.61.044204

摘要

应用时间分辨光谱技术, 研究了高能量纳秒脉冲激光作用下铜靶表面等离子体产生及演化的物理过程. 实验中相互作用区固-气-液三相对激光能量的吸收明显地反映于激光反射强度随时间的演化中, 使得靶表面物质形态的改变导致激光反射强度随时间呈双峰分布.同时, 随着激光峰值功率密度的增加, 靶面等离子体(气)-固-液相变发生的时间相应提前.因此, 这些瞬态性质是诊断激光-固体靶相互作用中靶面物质相变时间的有效方法.

关键词:

Abstract

The physical processes in the generation and the evolution of copper plasma induced by a high power nanosecond laser pulse are investigated with time-resolved spectrum. In the solid-gas-liquid phase transition, the intensity of reflected beam evolving with time markedly reveals the absorption of laser energy in the laser-copper interacting zone. So the phase transitions on the surface of copper target result in the fact that intensity of reflected beam evolving with time obviously presents a double-peak structure. Meanwhile, the appearance times of the plasma-gas-liquid phase transition on the target surface is advanced with the increase of peak-power of laser pulse. Therefore, these transient properties can be an efficient approach to diagnosing the phase transitions of copper target when the laser irradiates the target surface.

Keywords:

作者及机构信息

1.
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10974010)和北京市科技创新平台(批准号：1010005466903) 资助的课题。

Authors and contacts

1.
Institute of Laser Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10974010), and the Beijing Technological Innovation Plan (Grant No. 1010005466903).

参考文献

[1]	Ecija P, Sanchez M. N, Martinez R, Sierra B, Redondo C 2008 Phys. Rev. A 77 032904
[2]	Chen M, Liu X D, Zhao MW, Chen C S,Man BY 2009 Phys. Rev. E 80 016405
[3]	Yang Y N, Yang B, Zhu J R, Shen Z H, Lu J, Ni X W 2008 Chin. Phys. B 17 1318
[4]	Zhang Y Z, Wang G A, Zhu J R, Shen Z H, Ni X W, Lu J 2007 Chin. Phys. 16 2752
[5]	Sun F, Sturgeon R E 1999 Spectrochim. Acta B 54 2121
[6]	Wagatsuma K 2001 Spectrochim. Acta B 56 465
[7]	Beilis I I 2006 Appl. Phys. Lett. 89 91503
[8]	Mommaa C, Chichkova B N, Noltea S, Alvenslebena F, Tünnermanna A, Wellinga H, Wellegehausenb B 1996 Opt. Comm. 129 134
[9]	Zhou Y H, Lu P X, Long H, Yang G, Zheng Q G 2006 Chin. J. Lasers 33 1277 (in Chinese) [周幼华, 陆培祥, 龙华, 杨光, 郑启光 2006 中国激光 33 1277]
[10]	Faure J, Glinec Y, Pukhov A, Kiselev S, Gordienko S, Lefebvre E, Rousseau J P, Burgy F, Malka V 2004 Nature 431 541
[11]	Faure J, Glinec Y 2006 Phys. Plasma 13 056706
[12]	Tan X Y, Zhang D M, Li Z H, Guan L, Li L 2005 Acta Phys. Sin. 54 3915 (in Chinese) [谭新玉, 张端明, 李智华, 关丽, 李莉 2005 物理学报 54 3915]
[13]	Wang X T, Man B Y, Wang G T, Zhao Z, Liao Y, Xu B Z, Xia Y Y, Mei L M, Hu X Y 1996 J. Appl. Phys. 80 1783
[14]	Huang Q J 2008 Acta Phys. Sin. 57 2314 (in Chinese) [黄庆举 2008 物理学报 57 2314]
[15]	Huang Q J, Fang E T 2009 Spectroscopy and Spectral Analysis 29 585 (in Chinese) [黄庆举, 方尔梯 2009 光谱学与光谱分析 29 585]
[16]	Ji Y J, Tong Z X, Bian BM, Zhang P, Lu J 2007 Acta Photon. Sin. 36 2187(in Chinese) [纪运景, 童朝霞, 卞保民, 张平, 陆建 2007 光子学报 36 2187]
[17]	Zhang D M, Li L, Li Z H, Guan L, Hou S P, Tan X Y 2005 Acta Phys. Sin. 54 1283 (in Chinese) [张端明, 李莉, 李智华, 关丽, 侯思普, 谭新玉 2005 物理学报 54 1283]
[18]	Hatem D, Wolfgang H 2006 Phys. Rev. Lett. 97 107601
[19]	Wu B, Shin Y C, Pakhal H, Laurendeau N M, Lucht R P 2007 Phys. Rev. E 76 026405
[20]	Liu S B, Liu Y X, He R, Chen T 2010 Acta Phys. Sin. 59 5382 (in Chinese) [刘世炳, 刘院省, 何润, 陈涛 2010 物理学报 59 5382]
[21]	Fisher D, Fraenkel M, Henis Z, Moshe E, Eliezer S 2001 Phys. Rev. E 65 016409

施引文献

[1]	Ecija P, Sanchez M. N, Martinez R, Sierra B, Redondo C 2008 Phys. Rev. A 77 032904
[2]	Chen M, Liu X D, Zhao MW, Chen C S,Man BY 2009 Phys. Rev. E 80 016405
[3]	Yang Y N, Yang B, Zhu J R, Shen Z H, Lu J, Ni X W 2008 Chin. Phys. B 17 1318
[4]	Zhang Y Z, Wang G A, Zhu J R, Shen Z H, Ni X W, Lu J 2007 Chin. Phys. 16 2752
[5]	Sun F, Sturgeon R E 1999 Spectrochim. Acta B 54 2121
[6]	Wagatsuma K 2001 Spectrochim. Acta B 56 465
[7]	Beilis I I 2006 Appl. Phys. Lett. 89 91503
[8]	Mommaa C, Chichkova B N, Noltea S, Alvenslebena F, Tünnermanna A, Wellinga H, Wellegehausenb B 1996 Opt. Comm. 129 134
[9]	Zhou Y H, Lu P X, Long H, Yang G, Zheng Q G 2006 Chin. J. Lasers 33 1277 (in Chinese) [周幼华, 陆培祥, 龙华, 杨光, 郑启光 2006 中国激光 33 1277]
[10]	Faure J, Glinec Y, Pukhov A, Kiselev S, Gordienko S, Lefebvre E, Rousseau J P, Burgy F, Malka V 2004 Nature 431 541
[11]	Faure J, Glinec Y 2006 Phys. Plasma 13 056706
[12]	Tan X Y, Zhang D M, Li Z H, Guan L, Li L 2005 Acta Phys. Sin. 54 3915 (in Chinese) [谭新玉, 张端明, 李智华, 关丽, 李莉 2005 物理学报 54 3915]
[13]	Wang X T, Man B Y, Wang G T, Zhao Z, Liao Y, Xu B Z, Xia Y Y, Mei L M, Hu X Y 1996 J. Appl. Phys. 80 1783
[14]	Huang Q J 2008 Acta Phys. Sin. 57 2314 (in Chinese) [黄庆举 2008 物理学报 57 2314]
[15]	Huang Q J, Fang E T 2009 Spectroscopy and Spectral Analysis 29 585 (in Chinese) [黄庆举, 方尔梯 2009 光谱学与光谱分析 29 585]
[16]	Ji Y J, Tong Z X, Bian BM, Zhang P, Lu J 2007 Acta Photon. Sin. 36 2187(in Chinese) [纪运景, 童朝霞, 卞保民, 张平, 陆建 2007 光子学报 36 2187]
[17]	Zhang D M, Li L, Li Z H, Guan L, Hou S P, Tan X Y 2005 Acta Phys. Sin. 54 1283 (in Chinese) [张端明, 李莉, 李智华, 关丽, 侯思普, 谭新玉 2005 物理学报 54 1283]
[18]	Hatem D, Wolfgang H 2006 Phys. Rev. Lett. 97 107601
[19]	Wu B, Shin Y C, Pakhal H, Laurendeau N M, Lucht R P 2007 Phys. Rev. E 76 026405
[20]	Liu S B, Liu Y X, He R, Chen T 2010 Acta Phys. Sin. 59 5382 (in Chinese) [刘世炳, 刘院省, 何润, 陈涛 2010 物理学报 59 5382]
[21]	Fisher D, Fraenkel M, Henis Z, Moshe E, Eliezer S 2001 Phys. Rev. E 65 016409

[1]	谢卓, 温智琳, 司明奇, 窦银萍, 宋晓伟, 林景全. 双激光脉冲打靶形成Gd等离子体的极紫外光谱辐射. 物理学报, 2022, 71(3): 035202. doi: 10.7498/aps.71.20211450
[2]	王晨, 夏威, 索鹏, 王伟, 林贤, 郭艳峰, 马国宏. 准二维范德瓦耳斯本征铁磁半导体CrGeTe₃的THz光谱. 物理学报, 2022, 71(23): 237303. doi: 10.7498/aps.71.20221586
[3]	谢卓, 温志琳, 司明奇, 窦银萍, 宋晓伟, 林景全. 双激光脉冲打靶形成Gd等离子体的极紫外光谱辐射研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211450
[4]	向梅, 凌丰姿, 邓绪兰, 魏洁, 布玛丽亚∙阿布力米提, 张冰. 苯乙炔分子电子激发态超快动力学研究. 物理学报, 2021, 70(5): 053302. doi: 10.7498/aps.70.20201473
[5]	索鹏, 夏威, 张文杰, 朱晓青, 国家嘉, 傅吉波, 林贤, 郭艳峰, 马国宏. 准二维范德瓦耳斯磁性半导体CrSiTe₃的THz光谱. 物理学报, 2020, 69(20): 207302. doi: 10.7498/aps.69.20200682
[6]	布玛丽亚·阿布力米提, 凌丰姿, 邓绪兰, 魏洁, 宋辛黎, 向梅, 张冰. 2-甲基吡嗪分子激发态系间交叉过程的飞秒时间分辨光电子影像研究. 物理学报, 2020, 69(10): 103301. doi: 10.7498/aps.69.20200092
[7]	张云刚, 刘黄韬, 高强, 朱志峰, 李博, 王永达. 飞秒激光引导高压放电下的SF₆等离子体时间分辨光谱特性. 物理学报, 2020, 69(18): 185201. doi: 10.7498/aps.69.20200636
[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]	易涛, 王传珂, 杨进文, 朱效立, 谢常青, 刘慎业. 基于移位双光栅色散元件的X射线谱仪研制. 物理学报, 2016, 65(16): 165201. doi: 10.7498/aps.65.165201
[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]	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
[12]	刘世炳, 刘院省, 何润, 陈涛. 纳秒激光诱导铜等离子体中原子激发态 5s' 4D7/2的瞬态特性研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5382-5386. doi: 10.7498/aps.59.5382
[13]	宋迎新, 郑卫民, 刘静, 初宁宁, 李素梅. 量子限制效应对δ掺杂GaAs/AlAs多量子阱中铍受主态寿命的影响. 物理学报, 2009, 58(9): 6471-6476. doi: 10.7498/aps.58.6471
[14]	武春红, 刘彭义, 侯林涛, 李艳武. 磷光染料掺杂有机分子发光的能量转移研究. 物理学报, 2008, 57(11): 7317-7321. doi: 10.7498/aps.57.7317
[15]	黄庆举. 激光烧蚀金属Al诱导发光的动力学研究. 物理学报, 2008, 57(4): 2314-2319. doi: 10.7498/aps.57.2314
[16]	邱爱慈, 蒯斌, 曾正中, 王文生, 邱孟通, 王亮平, 丛培天, 吕敏. “强光一号”钨丝阵Z箍缩等离子体辐射特性研究. 物理学报, 2006, 55(11): 5917-5922. doi: 10.7498/aps.55.5917
[17]	杨旭东, 徐仲英, 罗向东, 方再历, 李国华, 苏荫强, 葛惟昆. ZnS中Te等电子中心的时间分辨光谱研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2272-2276. doi: 10.7498/aps.54.2272
[18]	唐永建, 郑志坚, 丁耀南, 冯杰, 陈晓峰. 激光等离子体辐射温度时间特性测量研究. 物理学报, 1990, 39(6): 75-79. doi: 10.7498/aps.39.75
[19]	程成, 孙威, 唐传舜. 脉冲激光等离子体中时间分辨的电子温度和电子密度. 物理学报, 1988, 37(7): 1150-1156. doi: 10.7498/aps.37.1150
[20]	顾敏, 谭维翰, 林尊琪, 毕无忌, 余文炎, 邓锡铭. 激光等离子体二次谐波时间分辨光谱的细结构. 物理学报, 1987, 36(5): 655-659. doi: 10.7498/aps.36.655

计量

文章访问数: 7841
PDF下载量: 462
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