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.
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Protocol
1. Installazione del sistema ottico
- Collocare un divisore di fascio all'uscita del laser, permettendo la luce di lunghezza d'onda di 1.064 nm di passare attraverso e riflettere ogni altra radiazione laser transitoria in una discarica fascio.
- Collocare un rilevatore fotodiodo PIN alta velocità per registrare una porzione della radiazione laser riflesso dal divisore di fascio. Collegare questo rivelatore all'oscilloscopio con cavo coassiale per monitorare l'impulso ottico rispetto alla attivazione mediante il generatore di funzioni e verificarsi del Q-switching in Nd: dispositivo laser YAG.
- Allineare tre specchi riflettenti IR per posizionare il fascio parallelo alla fenditura dello spettrometro.
- Posizionare una lente sopra fase traslazionale di concentrare il fascio per generare ottica ripartizione plasma parallela alla fessura spettrometro. Allineare due lenti di quarzo al fine di imaging del plasma sulla fessura. Le due lenti di messa a fuoco ottimale corrisponde al disegno spettrometro, cioè l'obiettivo finale ha un aperTure per realizzare af # identico con la f # dell'ottica interne della spettrometro.
- Per misure sopra 380 nm, posizionare un taglio sul filtro tra le due lenti al fine di bloccare radiazioni inferiori 380 nm. Il taglio del filtro sopprime possibili contributi UV (a causa di 2 ° ordine del reticolo) al spettri misurati.
2. Impostazione dei dati di acquisizione
- Collegare un generatore di funzioni forma d'onda fornendo un'onda triangolare a 50 Hz per un circuito integrato personalizzato divisione per cinque avere 10 Hz. L'analizzatore multicanale ottico (OMA) viene fatto funzionare a 50 Hz e le lampade flash del Nd: YAG laser sono sincrono funzionare a 10 Hz. Si può utilizzare un ICCD al posto della OMA, operando in modo sincrono alla frequenza della radiazione laser impulsata pure.
- Collegare una delle uscite del circuito integrato personalizzato divisione per cinque a un generatore di ritardo digitale. Utilizzare una uscita di sincronizzare il Nd: YAG lampade flash e un'altra uscita di control i trigger della intensificatore serie di diodi lineare e analizzatore multicanale ottico. Anche in questo caso, al posto della serie di diodi lineare intensificato e OMA si può utilizzare un ICCD.
- Relè dell'uscita grilletto regolabile del dispositivo laser di un oscilloscopio e di un generatore di impulsi. L'oscilloscopio verrà utilizzato per monitorare quando la radiazione laser impulsata sarà disponibile per la generazione di breakdown ottico o ablazione laser.
- Collegare l'uscita ad alta tensione del generatore di impulsi digitale al diode array lineare intensificato.
- Collegare l'altra uscita del generatore di impulsi all'oscilloscopio.
- Collegare l'uscita serie di diodi lineare intensificato la OMA.
3. Sincronizzazione e misurazione
- Impostare il generatore di funzione di forma d'onda di uscita un impulso triangolo operante a 50 ± 1 Hz. Questo generatore di funzione fornisce la frequenza di master. Un circuito personalizzato costruito divisione per cinque e un generatore di ritardo digitale sono utilizzati per accurare la sincronizzazione.
- Avviare il sistema di raffreddamento ad acqua e alimentazione per il dispositivo laser. Attivare laser.
- Determinare il tempo per le radiazioni laser a partire dall'oggetto dell'uscita di apertura del Nd: YAG laser alla zona di fronte alla fessura spettrometro come segue: Misurare la distanza del percorso ottico e calcolare il tempo di transito utilizzando la velocità della luce. Conto di questo tempo di transito nel fissare il tempo di ritardo porta al passo successivo.
- Sul generatore di impulsi digitali, impostare la larghezza del cancello per la misurazione e il tempo di ritardo da guasto ottico o ablazione laser ad impulsi, e utilizzare l'oscilloscopio per monitorare il tempo di ritardo. Il ritardo determinerà il tempo di attesa per la raccolta dei dati dopo il verificarsi guasti. La larghezza cancello determina quanto tempo la serie di diodi esposto alle radiazioni plasma.
- Generare breakdown ottico in aria e / o posizionare un campione in fase traslazionale tale che si verifichi l'ablazione. Immagine del microplasma sulla fessura dello spettrometro.
- Iniziare misurazioni e registrare i dati con l'array intensificato lineare diodi e analizzatore multicanale ottico (o con ICCD).
4. Lunghezza d'onda di calibrazione
- Record spettri da lampade standard di taratura: neon, mercurio e lampade a idrogeno. Utilizzare il dispositivo sperimentale con lampade poste nel luogo in cui è stato generato plasma.
- Utilizzando le lunghezze d'onda conosciuti dalle lampade, eseguire un adattamento lineare o cubica avere la corrispondenza pixel-lunghezza d'onda. Lo scopo di una calibrazione accurata è per correggere le non linearità che sono di solito associati con misurazione di spettri.
- Ripetere calibrazioni per H, C 2, CN, e TiO regioni spettrali di interesse.
5. Intensità di calibrazione
- Accendere una lampada al tungsteno calibrazione e attendere che si riscaldi.
- Utilizzare un pirometro ottico per misurare la temperatura della lampada attiva.
- Utilizzare il dispositivo sperimentale di rECORD lo spettro della lampada attiva.
- Calcolare una curva di corpo nero dalla legge di radiazione di Planck utilizzando la temperatura misurata come parametro di input.
- Adattare la curva calcolata allo spettro della lampada attiva. Determinare i fattori con cui le intensità attribuite dalla curva calcolata. Applicare tali fattori di correggere spettri registrati per la sensibilità di lunghezza d'onda dipendente del rivelatore.
- Ripetere l'operazione per ogni regione lo spettrometro è stato utilizzato.
6. Trasferimento di dati
- Preparare mezzo per il trasferimento di file.
- Per ciascuna misurazione dati, registrare sul supporto.
- Prendete questo mezzo e caricare i file su di esso a un computer di lavoro.
7. File Preparazione
- Per ogni file, analizzarlo in sezioni, una contenente dati registrati, e gli altri che specificano la lunghezza d'onda di partenza e lo spostamento della lunghezza d'onda media per punto dati.
- Utilizzare queste sezioni per creare un nuovo file in modo che corrispondalunghezze d'onda con i dati registrati.
8. Analisi molecolare biatomico
- Selezionare il file di lunghezza d'onda e file di forza linea corrispondente.
- Selezionare lo spostamento della linea di base.
- Impostare se l'offset è costante, lineare o quadratica.
- Impostare i coefficienti corrispondenti a uno dei valori fissi o variabili.
- Impostare la risoluzione e la temperatura, entrambi i quali possono essere fisso o varia.
- Impostare la tolleranza di misura per spettri sintetici per essere in forma di spettri misurati.
- Montare la calcolata per gli spettri sperimentale utilizzando un algoritmo Nelder-Mead.
- Utilizzando i migliori parametri di adattamento degli spettri calcolata per ogni misurazione, dedurre i parametri microplasma osservate nelle varie temporizzazioni e larghezze cancello utilizzato.
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Representative Results
LIBS utilizza radiazione laser impulsata per ionizzare sufficientemente un campione per formare plasma. Ripartizione laser-indotta delle sostanze gassose creerà plasma che è centrata sulla regione focale del fascio di eccitazione, mentre ablazione laser su superfici solide produrrà plasma sopra la superficie del campione. Il plasma è generato concentrando la radiazione ottica dell'ordine di 100 GW / cm 2 per impulsi di composizione nanosecondo. Per produrre ablazione laser plasma, tipicamente 1 GW / cm 2 è più che sufficiente. La radiazione plasma indotto viene dispersa da uno spettrometro. Solo per i tempi di ritardo specifici di ripartizione ottica, spettri atomici e biatomiche sono ben sviluppate. Figure 3-7 illustrano risultati rappresentativi.
All'inizio del decadimento plasma, linee atomiche evolvono come la radiazione di fondo libera elettroni diminuisce. Successivamente, soprattutto dovuto ricombinazione, spettri molecolari possono essere registrati. Nel sperits, l'intensificatore della matrice di diodi lineare deve essere attivato con precisione. In alternativa, un ICCD deve essere attivato con precisione pure. Questo attivazione (o timing) deve avvenire in modo coerente, in modo che i dati acquisiti sono composti dai contributi ad un tempo di ritardo preciso dall'evento guasto. Successivamente, la OMA digitalizza il segnale dalla serie di diodi lineare intensificato e memorizza i dati. Per un ICCD, la tempistica è altrettanto importante ei dati vengono memorizzati in modo simile. Negli esperimenti con la matrice di diodi lineare intensificata, i record OMA solo il primo di cinque scansioni, gli altri quattro scansioni rimanenti sono ridondanti ma scansioni successive vengono ignorati. Figura 2 illustra come il rappresentante intensificato diodo lineare di matrice si ottengono risultati.
Per le indagini relative alle specie atomiche, le linee atomiche sono studiati per quanto riguarda forma e la larghezza delle righe spettrali. Le forme della linea atomici misurati e larghezze sono confrontati a corrispondentimodelli teorici. Questo confronto permette di determinare la densità elettronica nella regione osservata del plasma. Nelle indagini degli spettri molecolari biatomiche, di solito molte linee spettrali contribuiscono a diverse bande molecolari. Per ciascuna misurazione, gli spettri sono analizzati rispetto alle forme, larghezze e intensità relative delle singole linee contenute nelle bande molecolari. Confronto degli spettri misurati e calcolati utilizza resistenze del circuito ottenuta dalla teoria quantistica biatomica insieme ai dati spettrali ad alta risoluzione che sono disponibili in letteratura. Questo confronto permette di dedurre una temperatura di eccitazione delle molecole biatomiche nella regione osservata del plasma. Il raccordo è realizzato con un algoritmo Nelder-Mead, permettendo di eseguire un multiparameter, fit non lineare di spettri calcolata al spettri misurati. Nel seguito, i risultati sono presentati per esperimenti selezionati che rispondono biatomica spettri linea molecolare e atomico. p>
La Figura 3 illustra gli spettri TiO misurato e montato. Quando l'imaging alcune aree del pennacchio TiO, la temperatura montato in funzione del tempo mostra un minimo locale. Questo minimo è probabilmente dovuto alla combustione.
L'obiettivo primario analisi per gli spettri di idrogeno è di determinare la densità elettronica e temperatura da spettri risolta nel tempo per le linee idrogeno-alfa e beta-idrogeno. Figura 4 mostra profili alfa idrogeno registrate lungo l'altezza fessura. Laboratorio specie aria come l'azoto e l'ossigeno causano le linee alfa dell'idrogeno ad emergere dopo l'evento iniziale guasto ottico. L'evoluzione della linea di idrogeno-alfa è indagato per ritardi di 0,4 msec fino al 30 psec dopo la rottura ottica. La figura alfa idrogeno indica anche una più alta densità di elettroni nel centro del plasma, visualizzato nella figura vicino al centro dell'asse fessura indicata.
jove_content "> La molecola C 2 mostra che i suoi bassi livelli rotazionali sono sensibili alle variazioni di temperatura, e livelli di rotazione più elevate sono sensibili alla densità del gas circostante e campo di radiazione. Figura 5 mostra un tipico risultato di misurazione e montato seguenti ablazione laser in aria. Analisi degli spettri Swan carbonio comprende studiare la formazione di C 2 a causa di ricombinazione nel tentativo di comprendere la formazione di C 2 e CN seguente ablazione laser di grafene. Figura 6 mostra registrato e montato spettri CN, e la figura mostra anche eccellente accordo con teoria. La partita spettri sperimentali bene con gli spettri calcolata, e l'accordo convincente può essere visto in estremità finali e le teste della band. Come gli spettri C 2, gli spettri di rotazione / vibrazione di alluminio monossido di spettacolo ben sviluppato bande molecolari per la temperatura elevata in il microplasma indotta da laser decomposizione. Figure 7 spettacoli misurato e dotato spettri AlO. Poiché AlO è un prodotto presto la combustione di alluminio, studi spettroscopici AlO ha applicazioni in studi di combustione alluminio, principalmente per la determinazione della temperatura.
. Figura 1 La disposizione schematica propone i seguenti componenti sperimentali: (1) il divisore di fascio per deviare una piccola porzione di radiazione laser 1.064 nm; (2) infrarossi specchi riflettenti per allineare verticalmente il fascio davanti al spettrometro; (3) lente focalizzare il fascio in un punto stretto per la ripartizione ottica, (4) la stella simboleggia guasto ottico o laser ablazione del plasma, e (5), due lenti per abbinare l'ottica di focalizzazione dello spettrometro. La scatola di sincronizzazione, onda, e generatore di ritardo realizzare la sincronizzazione elettronico del laser e intensificati lineare diodi e OMA (o ICCD) frequenze operative. Il fotodiodo, generatore di impulsi, e oscilloscopio permettono di controllare con precisione e monitorare la finestra di misurazione per LIBS. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .
Figura 2. Diagramma dei tempi per le misure LIBS risolta in tempo. OMA sincronizzazione e laser lampada flash sincro sono forniti da un onda e generatore di ritardi e circuiti custom-built. Laser grilletto impulso e impulso del fuoco è fornito dal Nd: YAG dispositivo laser con Q-switch delay controllo. Un pretrigger supplementare, impulso elettronico (non mostrato) è prevista anche dal Nd: YAG laser fabbricante. Questo pretrigger ci permette di controllare con precisione ed efficienza il ritardo cancello rivelatore del sistema di OMA / ICCD. La lettura OMA si verifica successivamente alla esposizione della serie di diodi, di cui 4 successivi, ma ignorati scansioni di lettura. Per gli esperimenti di impulsi singoli, singole letture OMA sono memorizzate separatamente in memoria. Per la misurazione della media a 100-scan, le scansioni di lettura OMA vengono aggiunti e quindi memorizzati. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .
Figura 3. Gli spettri di emissione misurati e sintetici mostrano il TiO A 3 → X 3 Δ Δ v = 0 transizione. I dati misurati sono stati raccolti con l'array di diodi lineare intensificato al tempo di ritardo t ritardo = 95 msec con una larghezza di gate di 2 msec. Gli spettri misurata è in forma con spettri calcolata corrispondente ad una risoluzione spettrale di FWHM = 0.09 nm e una temperatura inferito T = 3.300 K. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .
Figura 4. Hydrogen Balmer linea alfa registrato in 1.07 x 10 5 Pa idrogeno gassoso. Le emissioni di 1.000 consecutive eventi composizione ottica sono stati dispersed con lo spettrometro e raccolti con una ICCD, 0.042 msec dalla scomposizione ottica e risolta spazialmente lungo lo spettrometro fessura altezza. Per questa temporizzazione, la massima densità di numero di elettroni è 0,32 x 10 25 elettroni / m 3, ed il massimo spostamento verso il rosso Hα ammonta a 1,2 nm. Spettri individuale delle linee alfa dell'idrogeno e beta sono illustrati, ad esempio in Parigger 6. Registrazione di idrogeno alfa e beta righe seguenti ripartizione in aria è parte del video documentario di questa pubblicazione JoVE. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .
Figura 5. La C 2 Swan SPECTra sono stati raccolti con l'array di diodi lineare intensificato in una t ritardo ritardo = 20 msec utilizzando una larghezza di gate di 1 msec. Lo spettro misurato era adatta con spettri calcolata per una risoluzione spettrale FWHM di 0.07 nm e una temperatura di T = 5.600 K è presupposta. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .
Figura 6. La NC B 2 + ε → X 2 ε + violetto di transizione è stato registrato con l'array di diodi lineare intensificato in ritardo di ritardo t = 70 msec conLarghezza cancello di 4 msec. Lo spettro misurato è in forma con spettri calcolata utilizzando una risoluzione spettrale FWHM di 0.09 nm. La temperatura è dedotta T = 6.600 K. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .
Figura 7. L'AlO B 2 + ε → X 2 ε + spettri diatomic per le Δ = 0 transizioni sono stati raccolti con l'array di diodi lineare intensificato in un ritardo di t delayn = 45 msec utilizzando una larghezza di gate di 5 msec. Gli spettri montati sono calcolati utilizzando una risoluzione spettrale FWHMdi 0,09 nm. Gli importi dedotti a temperatura T = 3.900 K. Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .
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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 sincronizzare gli impulsi laser e intensificata diodo lineare matrice lettura che si realizza con l'analizzatore multicanale ottico. Un generatore di impulsi viene utilizzato per regolare il ritardo di tempo per le misurazioni.
Sovrapposizione temporale dell'impulso laser centrato nella finestra cancello aperto intensificatore corrisponde al ritardo iniziale di zero tempo, t delay = 0. Nello sforzo di determinare l'evoluzione temporale degli spettri di emissione, il ritardo daripartizione ottica è vario. Ad esempio, la linea alfa idrogeno non può essere visto in eventi di degradazione aria finché non viene generato 0,4 msec dopo il plasma iniziale. Misure di spettri di emissione richiedono lunghezza d'onda e l'intensità calibrazioni. Le calibrazioni sono necessari per l'analisi.
Per misure LIBS, osservando l'evoluzione plasma mediante ablazione campioni metallici quali Ti, ci sono spesso molte linee atomiche presenti nell'intervallo di lunghezze d'onda delle transizioni biatomiche di interesse. Queste linee possono essere persistenti negli spettri raccolti, anche in tempi di ritardo successivi. Tuttavia, alcune di queste linee si verificano in secondo ordine del reticolo dispersivo nello spettrometro. L'uso di un filtro passa-basso è vantaggioso per bloccare tali contributi secondo ordine.
Mentre le procedure di raccolta dati sono importanti, i metodi utilizzati per il montaggio in possesso di un merito uguale. Inferenze di temperatura vengono raggiunti montaggio spettri sintetici di variaparametri microplasma alle spettri raccolti utilizzando un algoritmo Nelder-Mead. L'affidabilità di questa procedura è notevolmente migliorata quando lo sfondo dello spettro può essere identificato con precisione. In questo contesto, il termine si riferisce a sfondo tutto nei spettri registrati eccezione per la transizione atomica o molecolare di interesse. Per quantificare l'effetto di questo contesto, i dati registrati sono studiati analizzando il rapporto segnale rumore rispetto al loro effetto sulla temperatura dedotto dedotta dagli spettri molecolare biatomica. Questa indagine è facilitata dall'utilizzo di simulazioni di tipo Monte Carlo.
Il significato della misura risolta in tempo breve-gate comprende sicuramente la capacità di catturare spettri atomici e molecolari altamente eccitato. Per la linea alfa dell'idrogeno Balmer, uso di 6 nsec cancello comportato successo determinazione della densità elettronica fino a quasi 10 25 / m 3. Per diatomic sp emissione molecolareECTRA, le temperature di eccitazione superiori a 6.000 K è tipico per LIBS con nanosecondi Nd: YAG radiazione laser. Senza un intensificatore, misure costituirebbero una media nel tempo registrato durante gli eventi transitori. Le istantanee illustrate in tempo permettono di indagare la generazione e decadimento del laser indotta da plasma. Si può, in linea di principio, record di spettri molecolari altamente eccitati leggermente spostato dal laser indotta plasma luminoso, come nello studio delle torce al plasma. Tuttavia, non si sarebbe catturare i primi dinamica del decadimento plasma, compresa la valutazione dei altamente eccitati specie atomica.
Le future applicazioni di misura in laboratorio degli spettri atomici e molecolari seguenti ripartizione ottica indotta da laser continuano ad essere di interesse sia fondamentale e orientato alle applicazioni. Le misurazioni della larghezza delle linee atomiche nelle prime ore del decadimento del plasma permettono di determinare le condizioni di plasma / parametri. Attività di ricerca in corso comprendono modo esattoling di Stark ampliamento e / o forme linea. Spettri molecolari, insieme con la conoscenza accurata delle transizioni di interesse, mostrano un aumento del numero di applicazioni soprattutto nelle aree di identificazione, la caratterizzazione e la determinazione di, per esempio, esplosivi, pennacchi di combustione, atmosfere stellari, o la composizione chimica. I metodi e le applicazioni della spettroscopia risolta nel tempo sono importanti per stabilire le dinamiche seguente generazione di plasma con radiazione laser. Queste dinamiche sono oscillazioni di plasma, cambiamenti di forme linea a causa di collisioni, le emissioni di radiazioni ricombinazione causa e / o processi di combustione. Separazione temporale dei processi che avvengono breakdown ottico seguente è importante per determinare i fenomeni transitori. Capiamo che l'applicazione LIBS iniziale di analisi elementare a causa della radiazione da specie atomiche sarà fortemente aumentata da misure di specie molecolari che comprende l'analisi della radiazione da diverse, individual isotopi atomici e isotopomeri.
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Disclosures
Tutti gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.
Acknowledgments
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
| 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).
