Messung und Analyse von atomarem Wasserstoff und Zweiatomige Molekulare AlO, C<sub> 2</sub>, CN, und TiO Spektren nach Laser-induzierten Breakdown Optical
Summary
Zeitaufgelöste Atom-und zweiatomigen Molekülspezies mit LIBS gemessen. Die Spektren werden in verschiedenen Zeitverzögerungen nach der Erzeugung optischer Durchbruch Plasma gesammelt Nd: YAG-Laserstrahlung und analysiert werden, um die Elektronendichte und Temperatur abzuleiten.
Abstract
In dieser Arbeit präsentieren wir zeitaufgelöste Messungen von Atom-und zweiatomigen Spektren nach laserinduzierten optischen Durchbruch. Eine typische LIBS Anordnung verwendet. Hier betreiben wir ein Nd: YAG-Laser bei einer Frequenz von 10 Hz bei der Grundwellenlänge von 1.064 nm auf. Die 14 ns Pulse mit anenergy von 190 mJ / Impuls zu einer 50 um Fleckgröße fokussiert, um einen Plasma von optischen Durchbruch oder Laser-Ablation in der Luft zu erzeugen. Der Mikroplasma wird auf den Eintrittsspalt eines Spektrometers abgebildet 0,6 m, und die Spektren werden mit einem 1800 Rillen / mm Gitter eine verstärkte lineare Diodenanordnung und der optischen Mehrkanal-Analysator (OMA) oder eine ICCD aufgezeichnet. Von Interesse sind Stark-verbreiterten Atomlinien des Wasserstoffs Balmer-Serie, um die Elektronendichte schließen. Temperaturmessungen erarbeiten wir auch zweiatomige Emissionsspektren der Aluminiumgehalt (AlO), Kohlenstoff (C 2), Cyan (CN) und Titanmonoxid (TiO).
Die experimentellen Verfahren umfassen wellenlänge und Empfindlichkeit Kalibrierungen. Analyse der molekularen Spektren aufgezeichnet wird durch den Einbau von Daten tabellarisch Linienstärken erreicht. Darüber hinaus werden von Monte-Carlo-Simulationen durchgeführt, um Art der Fehlermargen zu schätzen. Zeitaufgelöste Messungen sind für die transiente Plasma häufig in LIBS angetroffen unerlässlich.
Introduction
Laser-Induced Breakdown-Spektroskopie (LIBS)-Techniken 5.1-Anwendungen haben in der Atom 6-12 und molekulare Untersuchungen von Plasma 13-20 mit Laserstrahlung erzeugt. Zeitaufgelösten Spektroskopie ist wichtig für die Bestimmung der Übergangscharakteristiken des Plasmas. Temperatur-und Elektronendichte, um nur zwei Plasmaparameter, gemessen vorgesehen eine vernünftige theoretische Modell der Plasma Aufschlüsselung verfügbar ist. Trennung von Freie-Elektronen-Strahlung von Atom-und Molekül Emissionen ermöglicht es uns, genau vorübergehende Phänomene zu erforschen. Durch die Fokussierung auf ein bestimmtes Zeitfenster, kann man "einfrieren" Plasma-Zerfall und damit erhalten genaue spektroskopische Fingerabdrücke. LIBS hat eine Vielzahl von Anwendungen und vor kurzem Interesse an LIBS-Diagnose zeigt einen deutlichen Anstieg bei der Zahl der Forscher Veröffentlichung im Feld gemessen. Pico-und Femtosekunden erzeugte Mikroplasma ist der laufendenForschungsinteresse jedoch historisch Versuchsanordnungen nutzen LIBS-Nanosekunden-Laserstrahlung.
Abbildung 1 zeigt einen typischen Versuchsanordnung zur laserinduzierten Plasmaspektroskopie. Aus diesem Protokoll ist die funktionelle Bruchenergie für den ersten Strahl in der Größenordnung von 75 mJ Puls, auf den Infrarot-Wellenlänge von 1.064 nm aufweist. Diese Impulsenergie kann nach Bedarf eingestellt werden. . Das Plasma wird durch das Spektrometer dispergiert und mit einem verstärkten linearen Dioden-Array und OMA oder alternativ auf einen 2-dimensionalen Verstärkter Charge Coupled Device (ICCD) abgebildet gemessen Figur 2 zeigt das Zeitdiagramm für die zeitaufgelöste Experimente: Synchronisation der Impuls Laserstrahlung mit Anzeige-, Laser-Puls-Trigger-, Laser-Feuer-und Gate-Verzögerung geöffnet.
Erfolgreiche zeitaufgelöste Spektroskopie erfordert verschiedene Kalibrierungsverfahren. Diese Verfahren umfassen Wellenlängenkalibrierung zurückGrundkorrektur, und am wichtigsten, eine Empfindlichkeitskorrektur des Detektors. Empfindlichkeit korrigierten Daten sind wichtig für den Vergleich der gemessenen und modellierten Spektren. Eine Erhöhung des Signal-zu-Rausch-Verhältnis, werden mehrere Laser-Emissionsspektrometrie Ereignisse aufgezeichnet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die zeitaufgelöste Messprotokoll und repräsentative Ergebnisse werden hier weiter diskutiert. Es ist wichtig, die Laserpulse, erzeugt bei einer Rate von 10 Hz zu synchronisieren, mit der 50 Hz Arbeitsfrequenz des verstärkten linearen Dioden-Array und OMA (oder ICCD). Weiterhin ist eine genaue Zeitsteuerung der Laserimpulse und die Öffnung des Gate des verstärkten linearen Dioden-Array (oder alternativ ICCD) wesentlich. Der Wellengenerator, in dem Versuchsschema anzug, wird verwendet, um die Laserimpulse synchronisi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Herrn JO Hornkohl für Zinsen und Diskussion über die Berechnung des zweiatomigen Moleküllinie Stärken. Diese Arbeit wird teilweise durch das Zentrum für Laseranwendungen an der University of Tennessee Space Institute unterstützt.
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. |
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