מדידה וניתוח של מימן אטומי והמולקולרי דו האטומי ALO, C<sub> 2</sub>, CN, וההתפלגות מושרה הלייזר הבא TIO הספקטרום אופטית
Summary
מינים מולקולריים אטומיים ודו אטומיים זמן נפתר נמדדים באמצעות LIBS. הספקטרום נאספים בעיכובי זמן שונים הבאים הדור של פלזמה התמוטטות אופטית עם Nd: YAG לייזר וקרינה מנותחים להסיק צפיפות אלקטרונים וטמפרטורה.
Abstract
בעבודה זו, אנו מציגים מדידות זמן נפתר של ספקטרום אטומי ודו אטומי הבאות התמוטטות אופטית לייזר המושרה. משמש הסדר LIBS טיפוסי. כאן אנו פועלים Nd: YAG לייזר בתדר של 10 הרץ באורך הגל הבסיסי של 1,064 ננומטר. 14 NSEC פולסים עם anenergy של 190 mJ / דופק ממוקדים לנקודה בגודל 50 מיקרומטר לייצר פלזמה מהתמוטטות אופטית או אבלציה לייזר באוויר. Microplasma הוא צילם על גבי חריץ הכניסה של ספקטרומטר 0.6 מ ', וספקטרום נרשם באמצעות 1,800 חריצים / מ"מ צורם מערך דיודה ליניארי התעצם ומנתח רבי ערוצים אופטיים (OMA) או ICCD. עניין הם קווים אטומיים הרחיבו-סטארק של הסדרה באלמר מימן להסיק צפיפות אלקטרונים. אנחנו גם להרחיב את הדיבור על מדידות טמפרטורה מספקטרום פליטה דו אטומי של חד תחמוצת אלומיניום (ALO), פחמן (C 2), ציאנוגן (CN), וחד תחמוצת טיטניום (Tio).
הפרוצדורות כוללות wavelength וכיולי רגישות. ניתוח של הספקטרום המולקולרי נרשם מושגת על ידי ההוספה של נתונים עם עוצמות שורה נספרו. יתר על כן, סימולציות סוג מונטה קרלו מבוצעות כדי להעריך את שולי השגיאה. מדידות זמן נפתר חיוניות לפלזמה חולפת נתקלה בדרך כלל בLIBS.
Introduction
יש טכניקות ספקטרוסקופיה התמוטטות מושרה לייזר (LIBS) 1-5 יישומים ב6-12 האטומי ומחקרים מולקולריים של הפלזמה 13-20 שנוצרה עם קרינת לייזר. נפתר ספקטרוסקופיה זמן היא חיונית לקביעת המאפיינים החולף של הפלזמה. טמפרטורה וצפיפות אלקטרונים, אבל לתת שם שני פרמטרים פלזמה, ניתן למדוד סיפקו מודל תיאורטי סביר של התמוטטות הפלזמה הוא זמין. הפרדה של קרינת אלקטרונים חופשיים מפליטה אטומית ומולקולרית מאפשרת לנו לחקור במדויק תופעות חולפות. על ידי התמקדות בחלון זמן מסוים, ניתן "להקפיא" את דעיכת פלזמה ובכך להשיג את טביעות האצבעות ספקטרוסקופיות מדויקות. יש LIBS מגוון רחב של יישומים ולאחרונה עניין בLIBS אבחון מראה גידול ניכר כאשר היא נמדדת על ידי מספר חוקרי פרסום בתחום. microplasma Pico-וfemtosecond שנוצר הוא של מתמשךעניין מחקר, לעומת זאת, הסדרי LIBS היסטורי ניסיוניים לנצל קרינת לייזר שבריר שנייה.
איור 1 מציג הסדר ניסיוני אופייני לספקטרוסקופיה התמוטטות מושרה לייזר. עבור פרוטוקול זה, אנרגיית ההתמוטטות הפונקציונלית לקרן הראשונית היא בסדר הגודל של 75 דופק MJ, באורך הגל אינפרא אדום של 1,064 ננומטר. אנרגיה דופק זה יכול להיות מותאם לפי צורך. . הפלזמה מפוזרת על ידי ספקטרומטר ונמדדה עם מערך התעצם ליניארי דיודה ו-OMA, או לחלופין, צילם על גבי התקן צמוד מטענים 2 ממדים מוגברים (ICCD) איור 2 ממחיש את דיאגרמת העיתוי לניסויי זמן נפתר: סנכרון של פעם קרינת לייזר עם קריאת נתונים, הדק דופק לייזר, אש לייזר, ועיכוב שער פתוח.
זמן נפתר ספקטרוסקופיה המוצלחת דורשת נהלי כיול שונים. נהלים אלה כוללים כיול אורך גל, גבתיקון קרקע, והכי חשוב, תיקון רגישות של הגלאי. הרגישות תוקנה הנתונים חשובים להשוואה של ספקטרום נמדד ודגם. לעלייה של יחס אות לרעש, אירועי התמוטטות לייזר המושרה מספר נרשמים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הזמן לפתור פרוטוקול מדידה ותוצאות נציג נדונים נוסף כאן. חשוב לסנכרן את פעימות הלייזר, שנוצרו בשיעור של 10 הרץ, עם תדירות ההפעלה 50 הרץ של המערך התעצם ליניארי דיודה ו-OMA (או ICCD). יתר על כן, עיתוי מדויק של פעימות לייזר ופתיחת השער של המערך התעצם ליניארי דיודה (או לחלופין ICCD) ה…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים למר JO Hornkohl על התעניינות ודיון בחישוב חוזק שורה המולקולרית דו אטומי. עבודה זו בוצעה בחלקו נתמך על ידי המרכז ליישומי לייזר באוניברסיטת טנסי מכון החלל.
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).
