Измерительные атомарного водорода и двухатомном молекулярной AlO, C<sub> 2</sub>, CN, и TiO Спектры следующих Лазерно-индуцированное Оптический пробой
Summary
Временным разрешением атомные и двухатомные молекулярные частицы, оцениваются, используя LIBS. Спектры собраны на различных временных задержек после генерации оптического пробоя плазмы с Nd: YAG лазерного излучения и проанализированы, чтобы вывести электронную плотность и температуру.
Abstract
В этой работе мы представляем временным разрешением измерения атомной и двухатомной спектров следующие оптического пробоя лазерно-индуцированной. Типичная схема LIBS используется. Здесь мы работаем Nd: YAG лазер с частотой 10 Гц на основной длине волны 1064 нм. В 14 нс импульсы с anenergy 190 мДж / импульс сосредоточены на размер пятна 50 мкм, чтобы генерировать плазму от оптического пробоя или лазерной абляции в воздухе. Микроплазма изображается на входную щель 0,6 м спектрометра, и спектры регистрируют с использованием 1800 штрихов / мм решетки усиленную линейный массив диод и оптический многоканальный анализатор (OMA) или ICCD. Интересны Старк-расширенные атомные линии Бальмера серии водорода вывести электронную плотность. Мы также подробно остановиться на измерения температуры от двухатомной спектров излучения окиси алюминия (АОТ), углерод (С 2), циан (CN) и окись титана (TiO).
Экспериментальные процедуры включают Wavelength и калибровки чувствительности. Анализ записанного молекулярных спектров достигается путем подгонки данных с табличными сильных линий. Кроме того, моделирование типа Монте-Карло выполнены, чтобы оценить рентабельность ошибках. Временным разрешением измерения необходимы для переходного плазмы, обычно встречающейся в LIBS.
Introduction
Лазер-пробой спектроскопии (LIBS) методы 1-5 находят применение в атомной 6-12 и молекулярные исследования плазмы 13-20 генерируемого лазерным излучением. Время-разрешенная спектроскопия имеет важное значение для определения переходных процессов в плазме. Температура и плотность электронов, и это лишь двух параметров плазмы, может быть измерено при условии разумной теоретическая модель пробоя плазмы доступно. Разделение свободных электронов излучения от атомных и молекулярных выбросов позволяет точно исследовать переходные явления. Сосредоточив внимание на определенном временном окне, можно "заморозить" распад плазмы и тем самым получить точные спектроскопические отпечатки пальцев. LIBS имеет целый ряд приложений и недавно интерес к LIBS-диагностики показывает значительное увеличение при измерении по количеству исследователей публикации в этой области. Пико-и фемтосекундных генерируется микроплазма имеет продолжаетсяисследовательский интерес, однако, исторически экспериментальные механизмы LIBS использовать наносекунд лазерного излучения.
Рисунок 1 показывает типичную экспериментальную установку для лазерной искровой спектроскопии. Для этого протокола, функциональную энергию пробой для исходного пучка составляет порядка 75 мДж импульса в инфракрасном диапазоне 1064 нм. Эта энергия импульса можно регулировать по мере необходимости. . Плазма разогнаны спектрометра, измеряемая с усиленной линейной диодной матрицы и OMA или, как вариант, отображаемого на усиленный 2-мерной прибор с зарядовой связью (ICCD) Рисунок 2 иллюстрирует временную диаграмму для временным разрешением экспериментов: синхронизация импульсного лазерное излучение с отсчетом, триггера лазерного импульса, лазерного огня, и открытых ворот задержки.
Успешное спектроскопии с временным разрешением требуется различные процедуры калибровки. Эти процедуры включают калибровку длины волны, обратноземля коррекции, и, самое главное, коррекция чувствительность детектора. Чувствительность исправлены данные важны для сравнения измеренных и смоделированных спектров. Для увеличения отношения сигнал-шум, несколько лазерно-индуцированных события распада регистрируются.
Protocol
Representative Results
Discussion
Время решен протокол измерения и репрезентативные результаты дополнительно обсуждаются здесь. Важно, чтобы синхронизировать лазерные импульсы, генерируемые со скоростью 10 Гц, с рабочей частотой 50 Гц в усиленной линейной диодной матрицы и OMA (или ICCD). Кроме того, точные сроки лазерных и?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы выражают благодарность г-JO Hornkohl за интерес и дискуссии по вычислению двухатомных сильных молекулярной линии. Эта работа частично поддержана Центром применению лазеров в Университете Теннесси космической института.
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).
