Summary
Tijdopgeloste atomaire en moleculaire diatomische soorten worden gemeten met behulp van LIBS. De spectra worden verzameld op verschillende tijdvertragingen na generatie optische analyse plasma met Nd: YAG laser straling en geanalyseerd om elektronendichtheid en de temperatuur afleiden.
Abstract
In dit werk, presenteren we tijdsopgeloste metingen van atomaire en diatomische spectra volgende laser-induced optische afbraak. Een typische LIBS opstelling wordt gebruikt. YAG laser met een frequentie van 10 Hz bij de fundamentele golflengte van 1064 nm: een Nd Hier exploiteren wij. De 14 ns impulsen met anenergy van 190 mJ / puls zijn gericht aan een 50 urn vlekgrootte een plasma van optische afbraak of laser ablatie in de lucht te genereren. De microplasma wordt afgebeeld op de ingangsspleet van een 0,6 m spectrometer, en spectra worden opgenomen met behulp van een 1800 groeven / mm raspen een geïntensiveerde lineaire diodearray en optische Multichannel Analyzer (OMA) of een ICCD. Van belang zijn Stark-verbrede atomaire lijnen van de waterstof Balmer serie elektronendichtheid afleiden. We hebben ook ingaan op temperatuurmetingen van met twee atomen emissie spectra van aluminium koolmonoxide (AIO), koolstof (C 2), cyaan (CN), en titanium koolmonoxide (TiO).
De experimentele procedures omvatten wavelength en gevoeligheid kalibraties. Analyse van de moleculaire spectra wordt bereikt door het aanbrengen van gegevens met tabelvorm lijn sterktes. Bovendien zijn Monte-Carlo simulaties soort uitgevoerd om een schatting van de foutenmarges. Tijdsopgeloste metingen zijn essentieel voor de voorbijgaande plasma voorkomende in LIBS.
Introduction
Laser geïnduceerde afbraak spectroscopie (LIBS) technieken 1-5 hebben toepassingen in atomaire 6-12 en moleculaire studies van plasma 13-20 gegenereerd met laserstraling. Tijdsopgeloste spectroscopie is essentieel voor het bepalen van de tijdelijke eigenschappen van het plasma. Temperatuur en elektronendichtheid, om maar twee plasma parameters kunnen worden gemeten behoorlijk is theoretisch model van de verdeling plasma beschikbaar. Scheiding van vrije-elektronen straling van atomaire en moleculaire emissie stelt ons in staat om nauwkeurig voorbijgaande fenomenen te onderzoeken. Door te focussen op een bepaalde temporele venster kan men "bevriezen" plasma verval en te verkrijgen nauwkeurige spectroscopische vingerafdruk. LIBS heeft een verscheidenheid aan toepassingen en recentelijk interesse LIBS-diagnose een aanzienlijke toename gemeten door het aantal onderzoekers publiceert in het veld. Pico-en femtoseconde gegenereerde microplasma is van de lopendeonderzoek rente echter historisch experimentele LIBS regelingen benutten nanoseconde laserstraling.
Figuur 1 toont een typische experimentele opstelling voor laser-geïnduceerde afbraak spectroscopie. Voor dit protocol, de functionele verdeling van energie voor de eerste bundel is in de orde van 75 mJ puls, bij de infrarode golflengte van 1064 nm. Deze puls energie kan worden aangepast zoals nodig. . Het plasma wordt gedispergeerd met de spectrometer en gemeten met een versterkte lineaire diode array en OMA of alternatief afgebeeld op een Geïntensiveerde 2-dimensionale Charge Coupled Device (ICCD) Figuur 2 toont het tijddiagram van tijdsopgeloste experimenten: synchronisatie van gepulste laserstraling met afleesbaarheid, laserpuls trigger, laser brand, en de poort open vertraging.
Succesvolle tijdsopgeloste spectroscopie vereist verschillende kalibratie procedures. Deze procedures omvatten golflengtekalibratie, ruggrond correctie, en het belangrijkst, gevoeligheid correctie van de detector. Gevoeligheid gecorrigeerde gegevens zijn belangrijk voor het vergelijken van gemeten en gemodelleerde spectra. Bij een toename van signaal-ruisverhouding, worden meerdere laser geïnduceerde afbraak gebeurtenissen opgenomen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Optical System Setup
- Plaats een beam splitter bij de uitgang van de laser, waardoor de 1064 nm golflengte licht door te laten en aan alle andere voorbijgaande laserstraling weerspiegelen in een straal dump.
- Plaats een snelle PIN fotodiode detector een deel van de laserstraling gereflecteerd door de bundelsplitser opgenomen. Sluit deze detector aan de oscilloscoop met coaxiale kabel aan op de optische puls met betrekking tot het activeren van de functie generator en het optreden van de Q-switching in de Nd controleren: YAG laser apparaat.
- Lijn drie IR reflecterende spiegels om de bundel evenwijdig aan de spleet van de spectrometer te positioneren.
- Plaats een lens boven translationeel podium om de straal richten om optische afbraak plasma parallel aan de spectrometer spleet genereren. Lijn twee quartz lenzen behoeve van beeldvorming van het plasma op de spleet. De twee focusseerlenzen optimaal overeenkomen met de spectrometer ontwerp, wat betekent dat de uiteindelijke lens heeft een apertuur om af # identiek met de f # van interne optiek de spectrometer te bereiken.
- Voor metingen boven 380 nm, plaatst een cut-on filter tussen de twee lenzen behoeve blokkeren straling beneden 380 nm. De cut-on filter onderdrukt mogelijk UV bijdragen (door 2e orde van rooster) aan de gemeten spectra.
2. Data Acquisition Setup
- Sluit een golfvorm functie generator die een driehoekige golf bij 50 Hz tot een custom-built-deler vijf circuit om 10 Hz te verkrijgen. De optische meerkanalen analysator (OMA) werkt bij 50 Hz en de flitslampen van de Nd: YAG laser synchroon bedreven bij 10 Hz. Men kan een ICCD gebruiken in plaats van de OMA, synchroon werken tegen het tarief van de gepulste laser straling ook.
- Sluit een van de uitgangen van de custom-built verdeel-door-vijf circuit om een digitale delay generator. Gebruik een uitgang aan de Nd synchroniseren: YAG flitslampen en een andere uitgang te control van de triggers van de lineaire diodestelsel versterker en optische Multichannel Analyzer. Ook in plaats van de versterkte lineaire diode array en OMA kan een ICCD gebruiken.
- Relais de instelbare trigger uitgang van de laserapparatuur op een oscilloscoop en een pulsgenerator. De oscilloscoop wordt gebruikt om te controleren wanneer de gepulste laserstraling beschikbaar voor optische analyse productie of laserablatie wordt.
- Sluit de hoge uitgangsspanning van de digitale pulsgenerator de geïntensiveerde lineaire diode array.
- Verbind de andere uitgang van de pulsgenerator de oscilloscoop.
- Sluit de geïntensiveerd lineaire diode-array output naar de OMA.
3. Synchronisatie en waardering
- Stel de golfvorm functie generator output een driehoek puls werkt bij 50 ± 1 Hz. Deze functie generator biedt de meester frequentie. Een maat gebouwde deel door vijf schakeling en een digitale vertragingsgenerator worden gebruikt voor ACcurator synchronisatie.
- Initiëren waterkoeling systeem en voeding voor laserapparaat. Activeren laser.
- Bepaal de tijd voor laserstraling te reizen vanaf de afrit opening van de Nd: YAG laser om het gebied voor de spectrometer spleet als volgt: Meet de afstand van het lichtpad en bereken de transit time via de snelheid-van-licht. Goed voor deze transit tijd in het instellen van de gate vertragingstijd in de volgende stap.
- Op de digitale pulsgenerator, de breedte poort voor de meting en de vertragingstijd van optische afbraak of laser ablatie puls, en gebruik de oscilloscoop om de vertragingstijd te monitoren. De vertragingstijd zal bepalen hoe lang te wachten voor het verzamelen van gegevens na storing optreedt. De poortbreedte bepaalt hoe lang de diode array is blootgesteld aan plasma straling.
- Genereer optische afbraak in de lucht en / of plaats een monster op de translationele podium zodanig dat ablatie zal optreden. Afbeelding de microplasma op de spectrometer spleet.
- Begin metingen en registreren gegevens met de geïntensiveerd lineaire diodestelsel en optische Multichannel Analyzer (of met een ICCD).
4. Golflengtekalibratie
- Record spectra van standaard calibratie lampen: neon, kwik, en waterstof lampen. Gebruik de proefopstelling met lampen zetten op de plaats waar het plasma werd gegenereerd.
- De bekende golflengten van lampen, voert een lineaire of kubieke geschikt om de pixel-golflengte correspondentie verkrijgen. Het doel van een nauwkeurige kalibratie te corrigeren voor niet-lineariteiten die meestal geassocieerd met meting van spectra.
- Herhaal kalibraties voor H, C 2, CN, en TiO spectrale gebieden van belang.
5. Intensiteit Kalibratie
- Zet een wolfraam kalibratie lamp en wachten tot het op te warmen.
- Gebruik een optische pyrometer om de temperatuur van de actieve lamp meten.
- Gebruik de proefopstelling aan rECORD het spectrum van de actieve lamp.
- Bereken een zwart-curve van Plank straling van de wet met behulp van de gemeten temperatuur als input parameter.
- Breng de berekende curve om het spectrum van de actieve lamp. Bepaal de factoren op basis waarvan de opgenomen intensiteiten van de berekende curve. Gelden die factoren om opgenomen spectra voor golflengte-afhankelijke gevoeligheid van de detector te corrigeren.
- Herhaal dit voor elke regio de spectrometer werd gebruikt.
6. Data Transfer
- Bereid medium voor bestandsoverdracht.
- Voor elke data meting, opnemen op het medium.
- Neem dit medium en de bestanden op het uploaden naar een computer op het werk.
7. File Voorbereiding
- Voor elk bestand, ontleden in secties, een met geregistreerde gegevens, en de anderen het opgeven beginnen golflengte en gemiddelde golflengteverschuiving per datapunt.
- Gebruik deze sectie om een nieuw bestand aan te passen makengolflengten met gegevens.
8. Diatomic moleculaire analyse
- Selecteer de golflengte bestand en de bijbehorende lijn sterkte bestand.
- Selecteer de basislijn.
- Stel in of de offset is constant, lineair of kwadratisch.
- Stel de bijbehorende coëfficiënten om vaste of variabele waarden.
- Stel de resolutie en temperatuur, die beide kunnen vaste of gevarieerd.
- Stel de tolerantie pasvorm voor de synthetische spectra passen aan de gemeten spectra zijn.
- Monteer de berekende aan de experimentele spectra met behulp van een Nelder-Mead algoritme.
- Met behulp van de best passende parameters van de berekende spectra voor elke meting, concluderen de microplasma parameters waargenomen op de verschillende vertragingen en poortbreedten gebruikt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
LIBS gebruikt gepulste laserstraling een monster voldoende ioniseren plasma te vormen. Laser-induced afbraak van gasvormige stoffen zullen plasma dat is gecentreerd rond het centrale gebied van de excitatie straal te creëren, terwijl de laser ablatie op vaste oppervlakken zal produceren plasma boven het oppervlak van het monster. Het plasma wordt gegenereerd door het richten van de optische straling in de orde van 100 GW / cm 2 voor de afbraak nanoseconde pulsen. Om laserablatie plasma produceren typisch 1 GW / cm 2 is meer dan voldoende. De geïnduceerde plasma straling wordt verspreid door een spectrometer. Alleen voor specifieke vertragingstijden van optische afbraak, worden atomaire en diatomische spectra goed ontwikkeld. Figuren 3-7 illustreren representatieve resultaten.
Vroeg in het plasma verval, atomaire lijnen evolueren als de vrije elektronen achtergrond straling vermindert. Vervolgens voornamelijk door recombinatie, moleculaire spectra worden opgenomen. In de experimentelets, moet de versterker van de lineaire diode-array nauwkeurig worden geactiveerd. Als alternatief kan een ICCD moet nauwkeurig worden ook geactiveerd. Deze activering (of timing) moeten consequent optreden, zodat de verkregen gegevens zijn samengesteld uit bijdragen op een nauwkeurige vertragingstijd van de afbraak evenement. Vervolgens OMA digitaliseert het signaal van de versterkte lineaire diode array en slaat gegevens. Voor een ICCD, timing is even belangrijk en data is eveneens opgeslagen. In de experimenten met de versterkte lineaire diode array, de OMA neemt alleen de eerste vijf scans, de andere vier resterende beelden zijn overbodig maar opeenvolgende scans worden genegeerd. Figuur 2 toont hoe de representatieve geïntensiveerd lineaire diode arrays worden verkregen.
Voor onderzoeken naar uitmiddelingseffecten worden atomaire lijnen bestudeerd met betrekking tot de vorm van de spectraallijnen 'en breedte. De gemeten atomaire lijn vormen en breedtes worden vergeleken met overeenkomstigetheoretische modellen. Deze vergelijking kan men de elektronendichtheid in het waargenomen gebied van het plasma te bepalen. In onderzoeken van twee atomen moleculaire spectra, meestal veel spectraallijnen bijdragen aan verschillende moleculaire bands. Per meting worden de spectra geanalyseerd met betrekking tot de vormen, breedten en de relatieve intensiteiten van de individuele lijnen in de moleculaire banden. Vergelijking van de gemeten en berekende spectra gebruikt lijn sterktes afgeleid van twee atomen kwantumtheorie samen met een hoge-resolutie spectrale gegevens die beschikbaar zijn in de literatuur. Deze vergelijking maakt het mogelijk om een excitatie temperatuur van de atomen molecules in het waargenomen gebied van de plasma afgeleid. Het armatuur is uitgevoerd met een Nelder-Mead algoritme, zodat men een multiparameter, niet-lineaire fit van de berekende spectra uit te voeren om de gemeten spectra. In het volgende worden de resultaten gepresenteerd voor geselecteerde experimenten die diatomische moleculaire en atomaire spectra lijn te pakken. p>
Figuur 3 illustreert gemeten en voorzien TiO spectra. Bij beeldvorming bepaalde gebieden van de TiO pluim, de ingerichte temperatuur vs tijd toont een lokaal minimum. Dit minimum is mogelijk door verbranding.
De primaire analyse doelstelling waterstof spectra is de elektronendichtheid en de temperatuur van tijdsopgeloste spectra voor de waterstof-alfa en-beta waterstof lijnen bepalen. Figuur 4 toont waterstof alpha profielen geregistreerd door de gleuf hoogte. Laboratoriumlucht soorten zoals stikstof en zuurstof veroorzaken waterstof alpha lijnen komen na de eerste optische verdeling gebeurtenis. De evolutie van de waterstof-alfa lijn is onderzocht tijdvertragingen van 0,4 psec tot 30 psec na de optische analyse. De waterstof alpha geeft ook een hogere elektronendichtheid in het midden van het plasma, weergegeven in de figuur in het midden van de spleet aangegeven as.
jove_content "> De C2 molecuul blijkt dat de laagste rotatieniveaus zijn gevoelig voor temperatuurschommelingen en hogere rotatieniveaus gevoelig zijn voor de omringende gasdichtheid en stralingsveld. Figuur 5 toont een typisch gemeten en gemonteerd resultaat na laserablatie lucht. Analysis de koolstof Swan spectra omvat bestuderen van de vorming van C 2 door recombinatie in een poging om de vorming van C2 en begrijpen CN na laserablatie grafeen. Figuur 6 toont geregistreerd en voorzien CN spectra, en de figuur toont ook uitstekende overeenkomst met theorie. de experimentele spectra goed overeenkomen met de berekende spectra en overtuigende overeenstemming kan worden gezien in de achtereinden en band koppen. Vind de C2 spectra, de rotatie / vibratie spectra van aluminium monoxide toon goed ontwikkelde moleculaire banden voor verhoogde temperatuur het rottende lasergeïnduceerde microplasma. Figure 7 shows gemeten en gemonteerd AlO spectra. Omdat AlO is een vroege product in de verbranding van aluminium, spectroscopische studies AIO heeft toepassingen in aluminium verbranding onderzoeken, voornamelijk voor temperatuur bepalen.
. Figuur 1 de schematische opstelling toont het volgende experimentele componenten: (1) bundelsplitser om een klein gedeelte van 1064 nm laserstraling buigen, (2) Infrarood reflecterende spiegels verticaal uitlijnen bundel voor de spectrometer, (3) lens de focus van de bundel naar een krappe plek voor optische storingen; (4) de ster symboliseert optische pech of laser ablatie plasma, en (5) twee lenzen aan te passen defocusseringsoptiek van de spectrometer. De sync doos, golf, en vertraging generator volbrengen elektronische synchronisatie van de laser en geïntensiveerd lineaire diodearray en OMA (of ICCD) zend-/ontvangstfrequenties. De fotodiode, puls generator en oscilloscoop mogelijk maken om nauwkeurig te regelen en bewaken van de meting venster voor LIBS. Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 2. Timingdiagram voor time-resolved LIBS metingen. OMA sync en laser flitslamp sync worden geleverd door een golf en vertraging generator en custom-built circuits. Laserpuls trekker en vuur puls wordt verzorgd door de Nd: samen met Q-schakelaar YAG laser apparaat delay controle. Een extra pretrigger, elektronische puls (niet getoond) wordt eveneens door de Nd: YAG laser fabrikant. Dit pretrigger laat ons toe om nauwkeurig en efficiënt controle van de vertraging detector poort van de OMA / ICCD systeem. De OMA uitlezing gebeurt na blootstelling van de diode-array, zijn 4 daaropvolgende genegeerd uitlezing scans. Voor enkele puls experimenten, worden individuele OMA readouts afzonderlijk in het geheugen opgeslagen. Voor 100-scan metingen van het gemiddelde, worden de OMA uitlezing scans toegevoegd en vervolgens opgeslagen. Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 3. De gemeten en synthetische emissiespectra tonen TiO A 3 → X 3 Δ Δ v = 0 overgang. De gemeten gegevens werden verzameld met de geïntensiveerd lineaire diodestelsel op vertragingstijd van t delay = 95 msec met een poort breedte van 2 msec. De gemeten spectra is fit met berekende spectra die overeenkomt met een spectrale resolutie van FWHM = 0,09 nm en een afgeleide temperatuur T = 3300 K. Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 4. Waterstof Balmer alpha lijn opgenomen in 1.07 x 10 5 Pa gasvormige waterstof. De emissies van 1000 opeenvolgende optische afbraak gebeurtenissen waren disspreid met de spectrometer en verzameld met een ICCD, 0.042 usee van optische afbraak en ruimtelijk opgelost langs de spectrometer spleet-hoogte. Hiervoor tijdvertraging, het maximale aantal elektronen dichtheid 0,32 x 10 25 elektronen / m 3, en de maximum Ha roodverschuiving bedraagt 1.2 nm. Individuele spectra van waterstof alfa en beta lijnen geïllustreerd bijvoorbeeld Parigger 6. Opname van waterstof alfa-en bèta-lijnen na afbraak in de lucht is een deel van de documentaire video van deze Jupiter publicatie. Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 5. De C 2 Swan spectra werden verzameld met de geïntensiveerd lineaire diodearray op een tijdvertraging t delay = 20 usee met behulp van een poort breedte van 1 psec. Het gemeten spectrum geschikt was met berekende spectra voor een FWHM spectrale resolutie van 0,07 nm en een temperatuur van T = 5600 K is afgeleid. Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 6. De GN B 2 ε + → X 2 ε + violet overgang werd opgenomen met de geïntensiveerd lineaire diodestelsel op tijdsvertraging van t delay = 70 usee metpoort breedte van 4 msec. De gemeten spectrum is fit met berekende spectra met behulp van een FWHM spectrale resolutie van 0,09 nm. De afgeleide temperatuur T = 6600 K. Klik hier voor grotere afbeelding .
Figuur 7. De AlO B 2 ε + → X 2 ε + diatomische spectra voor de Δ = 0 overgangen werden verzameld met de geïntensiveerd lineaire diodearray op een vertraging van t delayn = 45 usee behulp van een poort breedte van 5 psec. De ingerichte spectra worden berekend met behulp van een FWHM spectrale resolutie0,09 nm. De afgeleide temperatuur bedraagt T = 3900 K. Klik hier voor grotere afbeelding .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De tijd opgelost meetprotocol en representatieve resultaten worden hier verder besproken. Het is belangrijk om de laser pulsen, gegenereerd synchroniseren met een snelheid van 10 Hz, 50 Hz met de werkfrequentie van de versterkte lineaire diode array en OMA (of ICCD). Bovendien, nauwkeurige timing van laserpulsen en opening van de poort van de geïntensiveerde lineaire diode array (of als alternatief ICCD) is essentieel. De golf generator, die in de experimentele schema wordt gebruikt voor de laserpulsen synchroniseren en geïntensiveerd lineaire diodearray aflezing die wordt bereikt met de optische meerkanalen analysator. Een pulsgenerator gebruikt om de vertraging voor de metingen passen.
Niet gelijktijdig van de laserpuls midden van de versterker poort-open venster overeen met de oorspronkelijke nul tijdvertraging t vertraging = 0. Bij de inspanningen om de ontwikkeling in de tijd van de emissie spectra, het tijdsinterval vanaf bepalenoptische verdeling is gevarieerd. Bijvoorbeeld kan het waterstof alpha regel niet worden gezien afbraak air evenementen tot 0,4 psec na de eerste plasma wordt gegenereerd. Metingen van emissie spectra vereisen ook golflengte en intensiteit kalibraties. Deze kalibraties voor analyse.
Voor LIBS metingen, observeren plasma evolutie door ablatie metalen monsters, zoals Ti, zijn er vaak vele atomaire lijnen aanwezig in het golflengtegebied van de twee atomen overgangen van belang. Deze lijnen kunnen persistent in de verzamelde spectra, zelfs op latere vertragingstijden. Sommige van deze lijnen komen in de tweede orde van de dispersieve rooster in de spectrometer. Het gebruik van een laagdoorlaatfilter is gunstig voor deze tweede orde bijdragen blokkeren.
Hoewel de procedures voor het verzamelen van gegevens zijn belangrijk, het wordt gebruikt voor montage methoden houden een gelijke verdienste. Temperatuur gevolgtrekkingen worden bereikt door het aanbrengen van synthetische spectra van verschillendemicroplasma parameters om de verzamelde spectra met behulp van een Nelder-Mead algoritme. De betrouwbaarheid van deze procedure is sterk verbeterd als de achtergrond van de spectra nauwkeurig kan worden geïdentificeerd. In deze context verwijst de term achtergrond alles in de spectra opgenomen met uitzondering van de atomaire of moleculaire overgang plaats. Om het effect van deze achtergrond kwantificeren, worden de geregistreerde data onderzocht door het analyseren signaal-ruis verhoudingen met betrekking tot hun effect op de afgeleide temperatuur afgeleid uit atomige moleculaire spectra. Dit onderzoek wordt vergemakkelijkt door het gebruik van Monte Carlo simulaties soort.
De betekenis van de korte gate tijdsopgeloste metingen behoort stellig de mogelijkheid om zeer opgewonden atomaire en moleculaire spectra vangen. Voor de waterstof Balmer alpha lijn, gebruik van 6 ns poort resulteerde in succesvolle bepaling van de elektronendichtheid tot bijna 10 25 / m 3. Voor diatomische moleculaire emissie spECTRA, excitatie temperaturen hoger dan 6000 K is typisch voor LIBS met nanoseconde Nd: YAG laser straling. Zonder een versterker, zou metingen een gemiddelde in de tijd die gedurende de voorbijgaande gebeurtenissen vormen. De afgebeelde foto's in de tijd mogelijk maken om generatie en het verval van laser-induced plasma te onderzoeken. Men kan in principe plaat zeer opgewekt moleculaire spectra enigszins verplaatst uit de heldere laser geïnduceerde plasma, zoals in de studie van plasmabranders. Echter, men zou niet de eerste dynamiek van de plasma verval, inclusief metingen van zeer opgewonden uitmiddelingseffecten vangen.
Toekomstige toepassingen van laboratorium meting van atomaire en moleculaire spectra volgende laser-induced optische verdeling blijven van zowel fundamenteel als toepassingsgericht belang. Metingen van atomaire lijndiktes vroeg in het plasma verval laten ons toe om het bepalen van de plasma voorwaarden / parameters. Lopend onderzoek inspanningen omvatten nauwkeurige modusling van Stark verbreding en / of lijn vormen. Moleculaire spectra, samen met nauwkeurige kennis van de overgangen van belang zijn, tonen een verhoogd aantal toepassingen met name op het gebied van identificatie, karakterisering, en bepaling van, bijvoorbeeld, explosieven, verbranding pluimen, steratmosferen of chemische samenstelling. De methoden en toepassingen van tijdsopgeloste spectroscopie zijn belangrijk bij het vaststellen van de dynamiek volgende generatie van plasma met laserstraling. Deze dynamiek, zoals een plasma oscillaties, veranderingen van de lijn vormen als gevolg van botsingen, emissies door recombinatie straling en / of verbrandingsprocessen. Tijdelijke scheiding van de processen die volgende optische verdeling later is belangrijk voor het bepalen van overgangsverschijnselen. We begrijpen dat de LIBS toepassing van elementaire analyse door straling uit uitmiddelingseffecten sterk zal worden aangevuld met metingen van moleculaire soorten die analyse van straling van verschillende, indiv omvatidual atomaire isotopen en isotopomeren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.
Acknowledgments
De auteurs danken de heer JO Hornkohl voor rente en discussie over de berekening van twee atomen moleculaire lijn sterktes. Dit werk is gedeeltelijk ondersteund door het Centrum voor Laser Applications aan de Universiteit van Tennessee Space Instituut.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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. , Cambridge University Press. New York. (2006).
- Cremers, D. E., Radziemski, L. J. Handbook of laser-induced Breakdown Spectroscopy. , John Wiley. New York. (2006).
- Singh, J. P., Thakur, S. N. Laser Induced Breakdown Spectroscopy. , Elsevier Science. New York. (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. , Oxford. (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. Spectroscopy of Carbon Containing Diatomic Molecules. Spectroscopy, Dynamics and Molecular Theory of Carbon Plasmas and Vapor. Nemes, L., Irle, S. , World Scientific. Singapore. 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.
- 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).
