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激光诱导等离子体光谱(LIBS)技术长期以来都是研究激光与物质相互作用的重要课题,被广泛应用于矿业、冶金业、环境分析、激光清洗等多个领域。利用高强度的脉冲激光与材料的相互作用,诱导产生等离子体。等离子体作为一种光发射源,辐射特定频率的光子,产生特征谱线,其频率和强度分布包含了分析对象的元素种类和浓度信息,因此,对等离子体的辐射光谱的研究就显得尤为重要。另外,现在国内外对瞬态光谱研究还比较少,本课题对等离子体产生初期的瞬态光谱进行了实验探索,以期对激光与物质相互作用研究的进一步发展做出有价值的贡献。
本文对Nd:YAG脉冲激光诱导Cu等离子体参量与瞬态光谱进行了测量和分析研究。论文首先对激光冲击诱导获得的Cu等离子体整体光谱图进行了分析,结果表明Cu原子在文中实验条件下不能完全被激发。然后通过对CuI521.8nm原子光谱与CuI578.2nm的原子光谱谱线线型的分析,基于对应线型曲线方程,确定了Cu原子光谱在上述两个波段的展宽机制,分别为Lorenz线型与Gauss线型,表明同一原子光谱不同波段对应形成光谱展宽机制不同;改变不同激光能量对金属Cu靶材进行冲击,利用玻尔兹曼斜率法测定了激光诱导产生等离子体的电子温度,得出了在200mJ~500mJ的能量区间内,不同脉冲激光能量诱导等离子体电子温度的规律图;最后,利用DG645延迟器在1~100ns时间范围内对光谱信号进行延迟并且采集对应光谱,对产生的瞬态光谱进行分析,得出了等离子体在不同延迟时间对应的瞬态光谱的变化规律,在延迟6ns处光谱强度最弱。同时实验结果表明诱导产生等离子体的前2ns内在波长为506.28nm处有明显的光谱辐射,而在延迟3ns之后的时间里,均采集不到该谱线。初步利用量子跃迁基础理论对该现象进行了分析,指出该谱线为在等离子体形成的初始阶段由于碰撞吸收而导致的。