激光诱导空气等离子体光谱时间演化特性的研究

作者:许鹤;袁萍 刊名:原子与分子物理学报 上传者:李兴鹏

【摘要】利用能量为150mJ和500mJ的激光击穿空气获得空气等离子体,依据光谱信息,计算得到等离子体电子温度,密度,并探讨了其时间演化特性,证实了在此过程中,复合相比电离居于主导地位.同时,结果表明:随着延迟时间的增加,谱线强度在300ns内迅速减小,之后缓慢减小;电子密度和谱线强度的变化规律基本一致;电子温度的衰减近似呈现指数拟合线型,并且激光能量越高,电子温度的衰减越慢.

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第 3期 许 鹤 ,等 :激光诱导空气等 离子体光谱 时间演化特性 的研 究 系L : 专一2叫( ) 『.1+1.75A( ) (I-1.2 i)] (5) 其中, ,A,N。分别对应加宽参数,离子加宽参数 和 Debye球 内的粒 子 数.由 于离 子 微 扰 场 引 起 的 加 宽非 常小 ,上式 中的第二 项可 近似 忽略. 3 结果 与讨论 在 激 光能量 为 15O mJ和 500 mJ的条 件下 ,分 别 获得 了 延 迟 时 间为 0— 2000 ns,波 长 为 300— 850 nm范围内的激光诱导空气等离子体光谱图. 图 2给 出 了延 迟 时 间 为 300 ns,波 长 在 389—830 nm 范 围 ,激 光能 量 分别 为 150 mJ和 500 mJ的空 气等离子体光谱.图中横坐标为波长,纵坐标为谱 线的相对强度.光谱特征是在连续谱上叠加着一 1200 1000 :800 600 芑 400 200 O 4 系列的分立谱 线.连续谱 主要来源 于热 电子 的韧 致辐射和电子一离子的复合辐射 ,分立的特征谱线 由激发 态原 子 的跃迁 产生 .特 征 谱线 经 辨认 ,在可 见 范 围内 ,主要 有 NII 399.5 nm,NII 444.7 Elm, NII 463.0 nm,NII 500.5 nm,NII 567.9 nm;在 近 红外 范 围 内 ,主 要 有 NI 744.2 rim,NI 821.6 nm 和 OI 777.4 nm,谱 线 对 应 的 跃 迁 参 数 等 可 由 NISTE。。 查 得 . 图 3是激 光 能量分 别 为 150mJ和 500mJ的激 光诱导空气等离子体光谱 随时问的演化.可 以看 出 :随着延 迟 时间 的增加 ,可见 部 分 的谱 线 强度 迅 速减小 ,直至消失 ;红外部分 的谱线强度随时间的 衰减比较缓慢.光谱特征表明:在 50—2000 ns的 延 迟时 间 内 ,等离 子体 中 电子与 离子 碰撞导 致 的复 合 过程 占据 主要 地位 . 400 500 600 700 800 400 500 600 700 800 (a) Wavelength(nm) (b) 图 2 激光诱导空气等离子体光谱 (a,b图分别代表激光能量为 1 50mJ和 500mJ) Fig.2 Laser induced of air plasma((a)and (b)represent the laser energies 15omJ and 500mJ,respectively) 图 3 空气 等离子体的时间分布 (a,b图分别代表激光能量为 150mJ和 500mJ) Fig.3 Temporal evolution of air plasma ((a) and (b) represent the laser energies 150mJ and 500mJ,respectively) O O O 0 O O ∞ 如 加 m 452 原 子 与 分 子 物 理 学 报 第 31卷 4 结 论 依据激光能量为 150 mJ和 500 mJ的激光诱 导空气等离子体光谱 ,讨论 了其光谱特征 ,电子密 度 ,温度以及它们 随时间的演化规律.结果表明: 在此 过程 中 ,复 合 过 程 相 比 电 离 过 程 居 于 主 导 地 位 ,此外 ,谱线 强度 在 。一300 ns内快 速 衰减 ,之 后 缓慢 变 化 ,同时 ,随着延 迟 时间 的增加 ,电子密 度与 谱线 强 度随 时

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