激光诱导等离子体发射光谱的实验研究及理论拟合

作     者：付洪波 

作者单位：山东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：满宝元

授予年度：2012年

学科分类：07[理学] 070204[理学-等离子体物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：光谱学 激光诱导等离子体击穿光谱 Stark展宽 修正半经验公式 谱线模拟 一维辐射转移方程 自吸收 自蚀 

摘      要：等离子体温度和电子数密度是描述等离子体性质非常重要的参数。如何确定等离子体的温度和电子数密度的问题已经引起了众多研究者的关注。许多学者普遍使用玻尔兹曼图表法和线宽法确定等离子体温度和电子数密度。然而,这两种方法都只适用于连续谱相对于特征谱线很弱的情况和发射光谱没有明显的自吸收结构的情况。然而，在等离子体产生初期，连续谱相对于特征谱线来说很强，几乎观察不到特征谱线。这样原先通过玻尔兹曼或者萨哈-玻尔兹曼图表法测定等离子体温度就变得不再可行。这是因为无论是哪种图表法，实际上都是特征谱线强度的比值。如果谱线强度无法准确测定时，这两种方法就不再适用了。与此同时，当等离子体发射的特征谱线具有明显的自吸收结构时，谱线的半高全宽及其强度都不能准确测定，那么用线宽方法测定等离子体电子数密度就会产生很大的误差。这时主要的诊断方法就是理论模拟。Tetsuo Sakka等人基于先前的研究阐述了等离子体发射和吸收光谱理论的特点。与此同时，他们基于一维辐射传输计算发展了一套完善的等离子体模型，并用它模拟了拥有自吸收结构的发射光谱。同时，他们也讨论了各种参数对计算结果的影响。但是，他们没有考虑连续谱线的影响，而且人为假设的参数过多。***等人也利用一维辐射传输方程来建立等离子发射光谱模型，同时考虑了连续谱线的影响。他们减少了人为给定的参数，从理论上模拟了自吸收明显情况下的铝等离子体发射光谱，得到了不同延迟时间下铝等离子体的温度和电子数密度以及各类粒子数密度的空间分布。但是，他们得到的结果并没有与先前方法得到的结果进行比较，不能说明模拟结果的合理性。 本文通过对激光诱导铅等离子体光谱的理论拟合，分别做了如下工作： 实验上，我们采集了激光诱导铅等离子体的发射光谱与图片。分析了激光诱导铅等离子体的发射光谱的时间演化特性和不同的延迟时间下等离子体羽的图像。分别用萨哈-玻尔兹曼图表法和线宽法测定了等离子体温度和电子数密度。 理论上，用***等人给出的理论编译了一套程序，并理论模拟包括自吸收明显和不明显两种情况的铅等离子体发射光谱,与此同时确定了在不同延迟时间下两种情况的等离子体温度、电子数密度和处于低能级的原子数密度。此外，比较了当靶材位于透镜焦点和透镜焦点前6 mm时这些等离子体参数的不同。同时分析了自吸收产生的原因。 我们对先前理论模型进行改进，同时模拟了不同延迟时间的发射光谱。对不同参数对拟合结果的影响分别做了论述。对由萨哈-玻尔兹曼图表法获得等离子体温度、通过线宽法获得的电子数密度与通过拟合得到的结果进行了比较。