قياس وتحليل الهيدروجين الذرية والجزيئية الجزيئات ثنائية الذرة منظمة العمل العربية، C<sub> 2</sub>، CN، وتيو الأطياف الآتي الناجم عن انهيار الليزر الضوئية
Summary
يتم قياس الأنواع الجزيئية الذرية وثنائية الذرة وقت حل باستخدام LIBS. يتم جمع الأطياف على مختلف التأخير الزمني التالي توليد البلازما انهيار البصرية مع الثانية: YAG ليزر الأشعة وتحليلها لاستنتاج كثافة الإلكترونات ودرجة الحرارة.
Abstract
في هذا العمل، ونحن تقديم القياسات حل وقت الأطياف الذرية وثنائية الذرة التالية الليزر التي يسببها انهيار البصرية. ويستخدم ترتيب LIBS نموذجية. نحن هنا تشغيل الثانية: YAG الليزر على تردد 10 هرتز في الطول الموجي الأساسية لل1،064 نانومتر. وتتركز 14 NSEC البقول مع anenergy من 190 ميغا جول / نبض إلى 50 ميكرون حجم البقعة لتوليد البلازما من انهيار البصرية أو التذرية الليزر في الهواء. يتم تصويرها في microplasma على فتحة مدخل 0.6 م مطياف، وتسجل أطياف باستخدام 1،800 الأخاديد / مم صريف مجموعة الصمام الثنائي الخطي تكثيف ومحلل متعدد القنوات البصرية (OMA) أو ICCD. الفائدة هي خطوط الذرية ستارك وسع من سلسلة بالمر الهيدروجين لاستنتاج كثافة الإلكترونات. نحن أيضا وضع على قياسات درجة الحرارة من أطياف الانبعاثات ثنائي الذرة من أول أكسيد الألومنيوم (ALO)، والكربون (C 2)، السيانوجين (CN)، وأول أكسيد التيتانيوم (تيو).
وتشمل الإجراءات التجريبية ثavelength والمعايرة حساسية. ويتم إنجاز تحليل الأطياف الجزيئية التي سجلتها المناسب من البيانات مع نقاط القوة خط جدولتها. وعلاوة على ذلك، يتم تنفيذ مونتي كارلو نوع المحاكاة لتقدير هوامش الخطأ. قياسات وقت حل ضرورية لالبلازما عابرة شيوعا التي تواجهها في LIBS.
Introduction
الليزر التي يسببها انهيار الطيفي (LIBS) تقنيات 1-5 لها تطبيقات في ذرية 6-12 والدراسات الجزيئية من البلازما 13-20 ولدت مع أشعة الليزر. التحليل الطيفي وقت حل ضروري لتحديد خصائص عابر للبلازما. درجة الحرارة وكثافة الإلكترون، على سبيل المثال ولكن معلمتين البلازما، يمكن قياس تقدم نموذج نظري معقول من انهيار البلازما هو متاح. فصل الإشعاع الإلكترون الحر من الانبعاثات الذري والجزيئي يسمح لنا لاستكشاف الظواهر بدقة عابرة. من خلال التركيز على نافذة زمنية محددة، يمكن للمرء أن "تجميد" تسوس البلازما وبالتالي الحصول على بصمات الطيفية دقيقة. LIBS لديها مجموعة متنوعة من التطبيقات ومؤخرا الاهتمام في وسائل التشخيص LIBS يظهر زيادة كبيرة عند قياسها من قبل عدد من الباحثين في مجال النشر. بيكو والفيمتو ثانية ولدت microplasma هو من الجاريةمصلحة الأبحاث، ومع ذلك، والترتيبات LIBS التجريبية تاريخيا تستخدم أشعة الليزر نانوثانية.
يعرض الشكل 1 ترتيب تجريبية نموذجية لالليزر التي يسببها انهيار الطيفي. لهذا البروتوكول، والطاقة تبويب وظيفي لشعاع الأولي هو بناء على أمر من 75 ميغا جول النبض، في الطول الموجي الأشعة تحت الحمراء من 1،064 نانومتر. ويمكن تعديل هذه الطاقة نبض حسب الحاجة. . وفرقت البلازما بواسطة مطياف وقياس مع مجموعة كثفت الخطي الثنائي وOMA أو، بدلا من ذلك، على تصوير ل2 الأبعاد جهاز تكثيف تهمة جانب (ICCD) الشكل 2 يوضح الرسم التخطيطي توقيت تجارب حل الوقت: تزامن نابض أشعة الليزر مع قراءات، ليزر نبض الزناد، النار الليزر، وبوابة مفتوحة تأخير.
يتطلب نجاح الطيفي وقت حل مختلف إجراءات المعايرة. وتشمل هذه الإجراءات الطول الموجي المعايرة، والعودةالتصحيح الأرض، والأهم من ذلك، وتصحيح حساسية كاشف. تصحيح حساسية البيانات من أهمية بالنسبة للمقارنة بين قياس وعلى غرار الأطياف. لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء، يتم تسجيل الأحداث متعددة انهيار الليزر التي يسببها.
Protocol
Representative Results
Discussion
الوقت حل بروتوكول القياس والنتائج وممثل مزيد من مناقشتها هنا. فمن المهم لمزامنة نبضات الليزر، ولدت بمعدل 10 هرتز، مع تردد التشغيل 50 هرتز للصفيف تكثيف خطي الصمام الثنائي وOMA (أو ICCD). علاوة على ذلك، توقيت دقيق من نبضات الليزر وافتتاح بوابة للصفيف تكثيف خطي الصمام الثنائي…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلفين أشكر السيد JO Hornkohl للاهتمام ومناقشة حساب ثنائي الذرة نقاط القوة خط الجزيئي. يتم في جزء أيد هذا العمل من قبل المركز لتطبيقات الليزر في جامعة تينيسي معهد الفضاء.
Materials
| Custom Box | UTSI | None | Signal divider and conditioner. An oscilloscope can be used in place of this |
| Four Channel Digital Delay/Pulse Generator | Stanford Research Systems, Inc. | Model DG535 | Companies: Tequipment, diyAudio |
| Four Channel Color Digital Phosphor Oscilloscope | Tektronix | TDS 3054 | 500 MHz – 5 GS/sec, Companies: Amazon, Tektronix, Fluke, Agilent Technologies, Pico Technology |
| Wavetek FG3C Function Generator | Wavetek | FG3C | Companies: Tequipment, Stanford Research Systems, BK Precision |
| Nd:YAG Laser | Quanta-Ray | DCR-2A(10) PS | Laser radiation, Class IV. Companies: Lambda Photometrics, Continuum, Ellipse, Newport |
| Si Biased Detector | Thorlabs | DET10A/M | 200-1,100 nm, with ND10A reflective filter. Companies: Canberra, Edmund Optics |
| Nd:YAG Laser Line Mirror, 1,064 nm | Thorlabs | NB1-K13 | Companies: Edmund Optics, Newport |
| 1 in Fused Silica Bi-Convex Lens, uncoated | Newport | SBX031 | Companies: Edmund Optics, Thorlabs |
| 2 in Fused Silica Plano-Convex lens, uncoated | Newport | SPX049 | Convex lens, f/4. Companies: Edmund Optics, Thorlabs |
| Spectrograph | Instruments S.A. division Jobin-Yvon | HR 640 | Companies: Andor, Newport, Horiba |
| Manual and electronic controller for Spectrograph | Instruments S.A. division Jobin-Yvon | Model 980028 | Manual and electronic controller for Spectrograph |
| Mega 4000 | Mega | Model 129709 | Computer interface for Spectrograph |
| Gateway 2000 Crystal Scan 1024 monitor | Gateway | PMV14AC | Monitor for computer interface |
| 20 MHz Oscilloscope | BK Precision | Model 2125 | Companies: Amazon, Tektronix, Fluke, Agilent Technologies, Pico Technology |
| 6040 Universal Pulse Generator | Berkeley Nucleonics Corporation | Model 6040 | Companies: Agilent Technologies, Tektronix, Quantum Composers |
| Separate component to 6040 Universal Pulse Generator | Berkeley Nucleonics Corporation | Model 202 H | Separate component to 6040 Universal Pulse Generator |
| ICCD Camera | EG&G Parc | Model 46113 | Companies: Andor, Standford Computer Optics, LaVision, Hamamatsu |
| OMA III | EG&G Parc | Model 1460 | Spectral data acquisition and analysis. Unit discontinued, replaced by software installed on computers. |
References
- Miziolek, A. W., Palleschi, V., Schechter, I. . Laser Induced Breakdown Spectroscopy. , (2006).
- Cremers, D. E., Radziemski, L. J. . Handbook of laser-induced Breakdown Spectroscopy. , (2006).
- Singh, J. P., Thakur, S. N. . Laser Induced Breakdown Spectroscopy. , (2007).
- Hahn, D. W., Omenetto, N. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), Part I: review of basic diagnostics and plasma-particle iterations: still-challenging issues within the analytical plasma community. Appl. Spectrosc. 64, (2010).
- Hahn, D. W., Omenetto, N. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), Part II: review of instrumental and methodological approaches to material analysis and applications to different fields. Appl. Spectrosc. 66, 347 (2012).
- Parigger, C. G. Atomic and molecular emissions in laser-induced breakdown spectroscopy. Spectrochim. Acta Part B. 79, 4-16 (2013).
- Konjević, N., Lesage, A., Fuhr, J. R., Wiese, W. L. Experimental Stark widths and shifts for spectral lines of neutral and ionized atoms. J. Phys. Chem. Ref. Data. 31, 819-927 (2002).
- Oks, E. Stark broadening of hydrogen and hydrogen-like spectral lines in plasmas: the physical insight. Alpha Science Int. , (2006).
- Parigger, C. G., Dackman, M., Hornkohl, J. O. Time-resolved spectroscopy measurements of hydrogen-alpha, -beta, and -gamma emissions. Appl. Opt. 47, (2008).
- Parigger, C. G., Oks, E. Hydrogen Balmer series spectroscopy in laser-induced breakdown plasmas. Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 1, 13-23 (2010).
- Lucena, A. D., Tobaria, L. M., Laserna, J. J. New challenges and insights in the detection and spectral identification of organic explosives by laser induced breakdown spectroscopy. Spectrochim. Acta Part B. 66 (1), 12-20 (2011).
- Swafford, L. D., Parigger, C. G. Measurement of hydrogen Balmer Series lines following laser-induced optical breakdown in laboratory air. Accepted, Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 4 (1), (2013).
- Hornkohl, J. O., Nemes, L., Parigger, C. G., Nemes, L., Irle, S. Spectroscopy of Carbon Containing Diatomic Molecules. Spectroscopy, Dynamics and Molecular Theory of Carbon Plasmas and Vapor. , 113-165 (2011).
- Parigger, C., Hornkohl, J. O. Diatomic molecular spectroscopy with standard and anomalous commutators. Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 1, 25-43 (2010).
- Parigger, C. G., Hornkohl, J. O. Computation of AlO emission spectra. Spectrochim. Acta Part A. 81, 404-411 (2011).
- Hermann, J., Peronne, A., Dutouquet, C. Analysis of the TiO-γ System for temperature measurements in laser-induced plasma. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 34, 153-164 (2001).
- Woods, A. C., Parigger, C. G., Hornkohl, J. O. Measurements and analysis of titanium monoxide spectra in laser-induced plasma. Opt. Lett. 37, 5139-5141 (2012).
- Witte, M. J., Parigger, C. G. Measurement and analysis of carbon Swan spectra following laser-induced optical breakdown in air. Accepted, Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 4 (1), (2013).
- Surmick, D. M., Parigger, C. G., Woods, A. C., Donaldson, A. B., Height, J. L., Gill, W. Analysis of emission Spectra of Aluminum Monoxide in a Solid Propellant Flame. Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 3 (2), 2-137 (2012).
- Woods, A. C., Parigger, C. G. Time-resolved Temperature Inferences Utilizing the TiO A3φ→X3Δ Band in Laser-induced Plasma. Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 3 (2), 103-111 (2012).
