Mesure et analyse de l'hydrogène atomique et moléculaire diatomique AlO, C<sub> 2</sub>, CN, et TiO Spectra après une rupture optique induite par laser
Summary
Espèces moléculaires atomiques et diatomiques résolue en temps sont mesurés à l'aide LIBS. Les spectres sont recueillis à différents retards de temps après la génération de plasma de claquage optique avec Nd: YAG et le rayonnement laser sont analysées pour en déduire la densité d'électrons et de la température.
Abstract
Dans ce travail, nous présentons des mesures résolues en temps de spectres atomiques et diatomique suivants claquage optique induit par laser. Un arrangement de LIBS typique est utilisé. Ici, nous disposons d'un laser Nd: YAG à une fréquence de 10 Hz à la longueur d'onde fondamentale de 1064 nm. Les 14 ns impulsions avec anénergie de 190 mJ / impulsion visent à une taille de 50 um de place pour générer un plasma de claquage optique ou ablation laser dans l'air. Le micro-plasma est imagé sur la fente d'entrée d'un spectromètre de 0,6 m, et les spectres sont enregistrés en utilisant un 1800 rainures / mm grille un réseau de diodes linéaire intensifiée et optique multicanaux analyseur (OMA) ou un ICCD. D'un intérêt sont des lignes atomiques-Stark élargies de la série de Balmer de l'hydrogène à déduire la densité d'électrons. On élabore également sur des mesures de température à partir de spectres d'émission diatomique de monoxyde d'aluminium (AlO), le carbone (C 2), le cyanogène (CN), et de monoxyde de titane (TiO).
Les procédures expérimentales comprennent wavelength et étalonnages de sensibilité. L'analyse des spectres enregistrés moléculaire est réalisée par le montage de données avec des intensités de ligne sous forme de tableaux. En outre, Monte-Carlo simulations de type sont effectuées pour estimer les marges d'erreur. mesures résolues en temps sont essentiels pour le plasma transitoire couramment rencontré dans LIBS.
Introduction
Spectroscopie de rupture induite au laser (LIBS) 1-5 techniques ont des applications dans atomique 6-12 et des études moléculaires de 13 à 20 plasma généré par un rayonnement laser. spectroscopie résolue en temps est essentielle pour la détermination des caractéristiques transitoires du plasma. La température et la densité d'électrons, pour n'en citer que deux paramètres du plasma, peuvent être mesurées a fourni un modèle théorique de la décomposition raisonnable de plasma est disponible. Séparation de rayonnement à électrons libres des émissions atomiques et moléculaires nous permet d'explorer avec précision les phénomènes transitoires. En se concentrant sur une fenêtre temporelle spécifique, on peut "geler" la désintégration de plasma et ainsi obtenir des empreintes digitales spectroscopiques précises. LIBS a une variété d'applications et récemment intérêt dans LIBS-diagnostic montre une augmentation considérable lorsqu'elle est mesurée par le nombre de chercheurs qui publient dans le domaine. Pico-et femtoseconde généré microplasma est en coursintérêt de la recherche, cependant, les modalités de LIBS historiquement expérimentales utiliser rayonnement laser nanoseconde.
Figure 1 affiche un dispositif expérimental typique pour la spectroscopie par claquage laser. Pour ce protocole, l'énergie de décomposition fonctionnelle pour le faisceau initial est de l'ordre de 75 mJ impulsion, à la longueur d'onde infrarouge de 1064 nm. Cette énergie de l'impulsion peut être ajustée selon les besoins. . Le plasma est dispersé par le spectromètre et mesurée avec un tableau intensifié linéaire de diodes et OMA ou, alternativement, imagé sur un 2 dimensions Charge Coupled Device intensifié (ICCD) Figure 2 illustre le chronogramme des expériences résolues en temps: la synchronisation des impulsions rayonnement laser avec la lecture, l'impulsion laser déclenchement, le feu de laser, et la porte ouverte retard.
Spectroscopie résolue dans le temps réussie nécessite diverses procédures d'étalonnage. Ces procédures comprennent l'étalonnage de longueur d'onde, le doscorrection du sol, et plus important encore, la correction de la sensibilité du détecteur. La sensibilité des données corrigées sont importants pour la comparaison des spectres mesurés et modélisés. Pour une augmentation de rapport signal-sur-bruit, plusieurs événements de dégradation induite par laser sont enregistrés.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le temps résolu protocole de mesure et des résultats représentatifs sont en outre discuté ici. Il est important de synchroniser les impulsions laser générées, à un débit de 10 Hz, avec la fréquence de fonctionnement de 50 Hz du réseau linéaire de diodes intensifié et l'OMA (ou ICCD). En outre, une synchronisation précise des impulsions laser et l'ouverture de la porte de la rangée linéaire de diodes intensifié (ICCD ou en variante) est essentielle. Le générateur d'ondes, est indiqué dans …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient M. JO Hornkohl d'intérêt et de discussion sur le calcul des forces de raies moléculaires diatomiques. Ce travail est en partie pris en charge par le Centre pour les applications laser à l'Université de l'Institut de l'espace Tennessee.
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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