激光诱导等离子体LTE态判定方法研究

摘要：

针对目前等离子体温度测量中常用的Boltzmann平面法和双线法的测量精度较差的问题，提出结合Boltzmann-Maxwell分布和Saha-Eggert公式来提高等离子温度的测量精度；根据高斯公式的面积与峰值关系建立了发射谱线线宽的简便算法，并通过谱线的Stark展宽计算等离子体的电子密度；建立了以 Mc-Whirter准则的等离子局部热平衡（LTE）态判据。以铝为被测样品的实验结果表明，随着激光能量的增加，等离子体温度和电子密度随之呈线性上升趋势；激光能量在127～510 m J范围内的等离子体电子密度变化范围为1.30532×1017～1.87322×1017 cm －3，等离子体温度的变化范围为12586～12957 K ，根据 M c-Whirter准则本实验中所有等离子体均满足LTE态阈值条件；针对在光谱仪波段内可观测到的处于同一电离态谱线相对较少的铝元素，在不适合用Boltzmann平面法计算温度时，利用Saha-Boltzmann方法对100组铝等离子体光谱进行温度测量的相对标准偏差（RSD ）为0.4％，相比于双线法的1.3％，大幅提高了测量精度。该计算方法可用于快速计算等离子体温度、电子密度及判断等离子体LTE态，在自由定标、光谱有效性分析、谱线的温度校正、确定最佳采光位置以及等离子体LTE分布状态等研究中都有较高的应用价值。

关键词：激光诱导等离子光谱、局部热平衡态、Saha-Boltzmann方法

分类号：O433.5(光学)

资助基金：国家重点基础研究发展计划973计划项目2012CB921603;国家自然科学基金项目61127017，61178009，61108030，61378047，61275213和61205216;国家科技支撑计划项目2013BAC14B01;山西省青年科学基金项目2013021004-1，2012021022-1;长江学者和创新团队发展计划项目IRT13076;山西省专利推广实施项目131002;山西省回国留学人员科研项目2013-011;山西省留学回国人员科技活动资金项目2013-01

在线出版日期：2014-12-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：3183-3187