二元激光等离子体的时空演化机制研究

摘要：

由于等离子体是激光诱导击穿光谱(LIBS)的光谱源,其内部粒子的分布结构将直接影响LIBS谱线的信噪比,因此研究等离子体粒子分布结构和动态膨胀过程对提高 LIBS的定量测量精度具有指导意义.利用时间、空间、波长分辨的双波长差分成像技术分析激光诱导铝锡合金产生的二元等离子体,获取等离子体内各态粒子发射率的时空分布图像,以期探索不同激光支持吸收波(LSAW)类型的等离子体内各态粒子时空分布结构的演化机制.实验通过低、高激光辐照度的脉冲激光,分别构建了激光支持燃烧波(LSCW)和激光支持爆轰波(LSDW)型等离子体.通过观察等离子体的形态、内部结构、粒子分布、粒子寿命,结合元素的物理性质及谱线属性,分析了激光与金属及等离子体之间的相互作用,形成了二元激光等离子体的时空演化机制.结果表明:(1)激光辐照度会改变等离子体的粒子分布结构;(2)低辐照度激光诱导产生的 LSCW型等离子体内部有明显的层状分布,激光主要吸收区位于蒸汽等离子体,此时粒子的寿命较短,分布结构主要依赖于元素熔点,低熔点元素会先从难混溶合金表面熔化并析出,分布于蒸汽等离子体顶部;(3)高辐照度激光产生等离子体的传播模型为 LSDW型,其内部蒸汽等离子体与冲击气体层有很大的混合区域,激光主要被冲击气体层所吸收,此时粒子寿命延长,分布结构主要依赖于元素的相对原子质量.高激光辐照度会使难混溶合金表面烧蚀区域内的粒子同时汽化,粒子速度与相对原子质量的平方根成反比,即相对原子质量小的粒子飞行速度快,分布在蒸汽等离子体顶部.以上等离子体粒子分布结构的时空演化机制有望普适于其他元素甚至多元等离子体情形.

关键词：激光诱导击穿光谱、激光支持燃烧波、激光支持爆轰波、粒子分布

所属期刊栏目：43

分类号：O433.5(光学)

资助基金：国家重点研发计划;长江学者;创新团队发展计划;国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家能源石油炼制技术研发中心;国家能源石油炼制技术研发中心;山西省科技重大专项;高等学校学科创新引智计划计划项目;山西省工程重点学科建设计划;山西省基础研究计划项目;山西省基础研究计划项目

在线出版日期：2023-07-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：2067-2073