Misura e Analisi di idrogeno atomico e molecolare Diatomic AlO, C<sub> 2</sub>, CN, e TiO Spectra Following Laser-Induced Breakdown ottico
Summary
Specie molecolari e atomiche biatomiche risolte nel tempo sono misurate utilizzando LIBS. Gli spettri sono raccolte a vari ritardi a seguito della generazione di plasma di breakdown ottico con Nd: radiazione laser YAG e vengono valutati per dedurre densità elettronica e temperatura.
Abstract
In questo lavoro, presentiamo le misure risolte nel tempo di spettri atomici e diatomic seguente ripartizione ottica indotta da laser. Viene utilizzata una disposizione tipica LIBS. Qui operiamo un laser Nd: YAG a una frequenza di 10 Hz alla lunghezza d'onda fondamentale di 1.064 nm. Le 14 nanosecondi impulsi con anenergy di 190 mJ / impulso sono concentrati per un micron taglia 50 posto per generare un plasma da guasto ottico o ablazione laser in aria. Il microplasma è ripreso sulla fessura di ingresso di un 0,6 m spettrometro, e spettri vengono registrati tramite un 1.800 scanalature / mm reticolo di un array di diodi lineare intensificata e analizzatore multicanale ottico (OMA) o un ICCD. Di interesse sono linee atomiche Stark-ampliato della serie di Balmer dell'idrogeno per dedurre la densità di elettroni. Elaboriamo anche su misure di temperatura da spettri di emissione di ossido di alluminio biatomica (AlO), carbonio (C 2), cianogeno (CN), e ossido di titanio (TiO).
Le procedure sperimentali includono wavelength e calibrazioni sensibilità. Analisi degli spettri molecolare registrata è compiuta dal montaggio di dati con carichi di rottura tabulati. Inoltre, le simulazioni di tipo Monte-Carlo vengono eseguite per valutare i margini di errore. Misure risolte nel tempo sono essenziali per il plasma transitoria comunemente incontrati in LIBS.
Introduction
Spettroscopia ripartizione laser-indotta (LIBS) tecniche di 1-5 hanno applicazioni in atomico 6-12 e studi molecolari di plasma 13-20 generata con radiazione laser. Spettroscopia risolta nel tempo è essenziale per la determinazione delle caratteristiche dei transienti di plasma. Temperatura e la densità di elettroni, per citarne solo due parametri del plasma, possono essere misurati fornito un modello teorico ragionevole ripartizione plasma è disponibile. Separazione delle radiazioni a elettroni liberi dalle emissioni atomiche e molecolari ci permette di esplorare con precisione fenomeni transitori. Focalizzando l'attenzione su una specifica finestra temporale, si può "congelare" il decadimento del plasma e quindi ottenere le impronte digitali spettroscopiche accurate. LIBS ha una varietà di applicazioni e di recente interesse in LIBS-diagnostica mostra un aumento considerevole quando misurata dal numero di ricercatori editoriali in campo. Pico-e femtosecondi generato microplasma è in corsointeresse di ricerca, tuttavia, le modalità storicamente sperimentali LIBS utilizzano radiazioni laser nanosecondo.
Figura 1 mostra una disposizione tipica sperimentale per spettroscopia ripartizione indotta da laser. Per questo protocollo, l'energia ripartizione funzionale per il fascio iniziale è dell'ordine di 75 mJ impulso, alla lunghezza d'onda infrarossa di 1.064 nm. Questa energia di impulso può essere regolato secondo necessità. . Il plasma viene dispersa dallo spettrometro e misurata con un array lineare di diodi intensificata e OMA o, in alternativa, masterizzata su un intensificato 2-dimensionale Charge Coupled Device (ICCD) La figura 2 illustra il diagramma di temporizzazione per esperimenti risolta nel tempo: sincronizzazione di impulsi radiazione laser con lettura, attivazione dell'impulso laser, raggi laser, e ritardo di porta aperta.
Spettroscopia risolta in tempo di successo richiede diverse procedure di calibrazione. Tali procedure comprendono la calibrazione della lunghezza d'onda, indietrocorrezione terra, e, soprattutto, correzione sensibilità del rivelatore. Sensibilità dati corretti sono importanti per il confronto degli spettri misurati e modellato. Per un aumento del rapporto segnale-rumore, più eventi di degradazione indotta da laser vengono registrate.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il tempo risolto protocollo di misura e risultati rappresentativi sono ulteriormente discusso qui. È importante sincronizzare gli impulsi laser, generati ad una velocità di 10 Hz, con la frequenza di funzionamento 50 Hz dell'array intensificato lineare diodo e OMA (o ICCD). Inoltre, i tempi precisi di impulsi laser e l'apertura del cancello della matrice intensificata lineare diodo (o in alternativa ICCD) è essenziale. Il generatore di onde, indicato nello schema sperimentale, viene utilizzato per sincronizza…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano il Sig. JO Hornkohl per l'interesse e la discussione sul calcolo di biatomiche punti di forza della linea molecolare. Questo lavoro è in parte sostenuto dal Centro per le applicazioni laser presso l'Università del Tennessee Spazio Institute.
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
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