低压环境下激光入射角对激光诱导等离子体影响研究

摘要：

激光诱导击穿光谱(LIBS)因其无需制样、样品损伤小、可在线检测以及检测速度快等优点被广泛应用.激光诱导等离子体是一个十分复杂的物理过程,受多种因素的影响,激光入射角是其关键影响因素之一.脉冲激光入射角的改变会直接改变脉冲激光在样品表面的聚焦光斑形状,导致脉冲激光照射在靶材表面的功率密度发生改变,直接影响到脉冲激光诱导等离子体过程,脉冲激光与靶材法线所成角度的改变还会直接影响等离子体扩散过程.尽管脉冲激光入射角是激光诱导等离子体过程的关键影响因素之一,但是在低压环境下,脉冲激光入射角对激光诱导等离子体过程的影响研究较少,对激光等离子体的影响仍不明确,对激光等离子体影响的内在机制还需更加深入的研究.首先研究了激光入射角对脉冲激光在靶材表面形成的聚焦光斑的影响,实验和仿真的结果都表明脉冲激光在靶材表面的聚焦光斑尺寸随着入射角的增大而增大,导致相同激光能量下脉冲激光的功率密度下降;其次,采用同轴成像的方式研究了不同气压下激光入射角对激光等离子体的影响,实验结果显示激光等离子体中心辐射强度会随着入射角的增大而减弱.当激光入射方向与靶材表面法线成 0～15°时;脉冲激光入射角对激光等离子体中心辐射强度影响较小,辐射强度降低仅为 3.05%,当激光入射方向与靶材表面法线成 60°时,辐射强度降低可达 25.415%,对激光等离子体中心辐射强度有着较为明显的影响.最后,对处于气压 10-4 Pa下激光从不同角度入射所产生的激光烧蚀坑进行了微观结构分析,分析结果表明靶材烧蚀量会随着入射角的增大而增加,但靶材烧蚀效率,即单位光斑面积靶材烧蚀量,则会随着入射角度的增大而下降,这解释了激光等离子体中心辐射强度随入射角增大而减弱的现象.该工作有助于理解激光入射角对激光等离子体的影响,为优化 LIBS实验参数提供参考.

关键词：环境气压、激光入射角、激光诱导等离子体、烧蚀坑

所属期刊栏目：43

分类号：O531(等离子体物理学)

资助基金：国家自然科学基金;中国博士后科学基金

在线出版日期：2023-09-18（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：2740-2746