离焦量和激光能量对激光等离子体光谱特性的影响

作者:张树玮;吴伟 刊名:物理实验 上传者:张天潘

【摘要】以Al样品为例,研究了激光诱导击穿技术中,离焦量和激光能量对等离子体光谱的影响.实验结果表明:100ns是最佳的延迟时间;改变离焦量,等离子体特征谱线的相对强度和成分都有明显的改变;随着激光能量的增加,光谱强度增加,谱线的半高全宽也增加.

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第35卷  第8期2015年8月    物 理 实 验  PHYSICS EXPERIMENTATION Vol.35 No.8    Aug., 櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶 2015  收稿日期:2015-03-19;修改日期:2015-05-29  资助项目:江苏省教育科学“十二五”规划课题资助(No.D/2013/01/082)  作者简介:张树玮(1990-),男,江苏连云港人,南京师范大学教师教育学院硕士研究生,研究方向为物理学科教学论.  指导教师:吴 伟(1964-),男,上海人,南京师范大学教师教育学院教授,博士,研究方向为(物理)课程与教学论及教育技术. 离焦量和激光能量对激光等离子体光谱特性的影响 张树玮,吴 伟 (南京师范大学 教师教育学院,江苏 南京210097)   摘 要:以 Al样品为例,研究了激光诱导击穿技术中,离焦量和激光能量对等离子体光谱的影响.实验结果表明: 100ns是最佳的延迟时间;改变离焦量,等离子体特征谱线的相对强度和成分都有明显的改变;随着激光能量的增加,光谱强度增加,谱线的半高全宽也增加.关键词:激光诱导等离子体;激光能量;离焦量中图分类号:O433   文献标识码: A   文章编号:1005-4642(2015)08-0005-05   利用激光诱导等离子体辐射进行离子种类成分分析的光谱分析方法称为激光诱导击穿光谱技术 (Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS),LIBS是基于激光诱导等离子体辐射光学中的原子光谱或离子光谱进行成分检测的光谱检测方法之一[ 1].目前人们已对影响激光等离子体的很多因素进行了研究,比如激光功率密度、激光脉宽、靶材参量、环境气体、离焦量等[ 2-5].本文通过改变离焦量,研究激光在空气中烧蚀金属靶产生等离子体的光谱特性,并分析了离焦量影响光谱的原因. 1 实验装置 激光诱导击穿光谱实验装置如图1所示.由Nd∶YAG 激光器发出的1.06μm,10ns的脉冲激光经可微调的短焦距石英透镜(焦距为30mm)会聚在 Al靶上产生等离子体.靶材料为高纯铝 (纯度>99.9%),铝靶的直径为30mm、厚度为1.5mm,放置在3维平移台上.烧蚀产生的发射光谱由透镜收集,等离子由石英透镜组按1∶1的 比 例 成 像 到 配 有 ICCD (Andor Tech.,iStar,DH734)探测器的光谱仪(AndorTech., 图1 实验装置示意图 Shamrock500i)狭缝上,光谱仪配有2 400mm-1的光栅,其分辨率可达到0.05nm,覆盖了200~950nm 的波段范围.采用能量计 (Ophir,No-vaII)实时监控激光能量的稳定性.激光器与光谱 仪的同步由数字延迟发生器(Stanford ResearchSysrem,DG535)来控制,等离子体测量的延迟和门宽则由ICCD自身控制.图2为3种不同的实验状态.        ( a)激光焦点位于靶前    ( b)激光焦点位于靶上   ( c)激光焦点位于靶后   图2 激光聚焦点相对靶面的3种状态 2 离焦量 1)定义离焦量( x )表示靶和透镜几何焦点的 相对位置,取 x 为正时表示靶处于透镜几何焦点 之后,为负值时表示靶处于透镜几何焦点和透镜之间. 2)公式推导离焦量光路图如图3所示,图中的仪器元件 分别为透镜和靶.其中: D 表示激光的入射直径, f 表示透镜的焦距, x 表示离焦量, d 表示烧

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