Name: 超短激光脉冲诱导的等离子体演化早期的调查 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-02T08:02:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: 了解超短激光脉冲诱导早期等离子体演化的高时空分辨成像方法。本技术采用泵浦-探测阴影成像系统，可精确捕捉等离子体膨胀动态，为激光烧蚀与材料加工研究提供关键诊断工具。

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作者谨此衷心感谢美国国家科学基金会（资助号：CMMI-0653578，CBET-0853890）为本研究提供的经费支持。

1. 光学系统设置（图1）
<ol>
 <li>在激光器输出端后放置一个半波片和一个偏振器，用于调节激光脉冲能量。</li>
 <li>在偏振器后设置一个分束器，将激光脉冲分为两个脉冲：泵浦脉冲和探测脉冲。</li>
 <li>使用四个反射镜和一个手动平移台构建用于泵浦脉冲的光延迟装置。</li>
 <li>使用另外四个反射镜引导泵浦脉冲垂直照射到靶材表面。</li>
 <li>设置一个二次谐波发生器（SHG），将激光脉冲波长从 800 nm 转换为 400 nm。</li>
 <li>使用谐波分离器使 800 nm 脉冲透射，同时反射 400 nm 脉冲。</li>
 <li>设置一个光束缩小器和一对聚焦透镜，以调节探测脉冲的尺寸和会聚程度。</li>
 <li>为探测脉冲设置另一个光延迟装置，如步骤 1.3 所述。</li>
 <li>使用光阑环调节探测脉冲的照射区域，并确保探测脉冲水平通过靶材表面并与泵浦脉冲相交。</li>
 <li>设置两个物镜和多个滤光片，将等离子体区域的图像引导至增强型电荷耦合器件（ICCD）相机进行接收。</li>
 <li>使用 BNC 电缆或 USB 电缆连接计算机、激光器、ICCD 相机及其控制器。</li>
 <li>调节相机控制器的延迟时间，直至相机捕获到探测脉冲的图像，从而实现探测脉冲与相机的同步。</li>
</ol>
2. 泵浦-探测同步
<ol>
 <li>在泵浦光脉冲和探测光脉冲的交汇处放置一个分束器，并设置两个光电二极管以接收这两个脉冲。这两个光电二极管应与分束器保持相同的距离。</li>
 <li>使用示波器接收这两个光电二极管的信号，并移动泵浦光脉冲光路中的延迟平台，直到泵浦光脉冲和探测光脉冲在示波器屏幕上的波形完全重叠。由于示波器的时间分辨率，可实现20 ps的精度。</li>
 <li>移除如步骤2.1中所述的分束器和两个光电二极管。</li>
 <li>调节泵浦光脉冲光路中的延迟平台，直至在ICCD屏幕上刚好能够观察到空气击穿区域。将能够检测到空气击穿形成（而非均匀背景）的时刻确定为零延迟时间。</li>
</ol>
3. 样品与载台准备
<ol>
 <li>设置一个升降平台和两个手动线性位移台，以实现样品在三个自由度上的移动。</li>
 <li>使用百分表和高精度垫片，确保位移台具有良好的平面度，其高度差在25.4 mm的距离内应控制在1 μm以内。</li>
 <li>使用铣床从厚度为0.8 mm的铜片上切割出一块30 mm × 30 mm的正方形样品。</li>
 <li>对铜片的一个窄边面（30 mm × 0.8 mm）进行抛光，直至表面粗糙度低于0.5 μm。</li>
 <li>将铜片固定在上方的手动位移台上，确保抛光后的窄边朝上。</li>
 <li>如步骤3.1所述，通过其中一个手动位移台移动靶材，同时利用ICCD相机监测其位置，若存在倾斜，可通过在靶材下方插入高精度垫片进行调整。</li>
 <li>对另一个手动位移台重复步骤3.6。</li>
 <li>在靶材上钻出多个小孔，同时通过第三个高精度手动位移台调节聚焦透镜的位置。聚焦点位置对应于钻出最小孔径时聚焦透镜所在的位置。</li>
</ol>
4. 消融与测量
<ol>
 <li>将聚焦透镜向上移动，使其距离焦点约 50 μm。</li>
 <li>以 0.3 mm 为间隔移动探针脉冲光路中的延迟台，每 2 ps 采集一次图像，直至 10 ps；或以 3 mm 为间隔移动延迟台，每 20 ps 采集一次图像，直至 480 ps。</li>
 <li>重复步骤 4.2 多次，以确保可重复性和准确性。</li>
 <li>将聚焦透镜向下移动，使其距离焦点约 50 μm，并重复步骤 4.3。</li>
</ol>
5. 代表性结果
测量得到的阴影图像分别如图2和图3所示，其中焦点位于靶表面略上方和略下方。纵向和径向膨胀位置分别绘制在图4和图5中。这两种情况下，在前100 ps内的纵向膨胀显著不同；然而，在随后的400 ps内的纵向膨胀以及径向膨胀则较为相似。对于第一种情况，早期等离子体在100 ps内具有一维多层结构的膨胀形态。对于第二种情况，早期等离子体在100 ps内具有二维膨胀结构，且变化不大。
采用该模拟模型12研究早期等离子体演化的机制。时间零点定义为激光脉冲峰值到达靶材表面的时刻。如图6和图7所示，模拟得到的两种情况下的早期等离子体演化过程均与实验测量结果吻合良好。对于第一种情况，利用该模拟模型还预测了1 ps内早期等离子体的形成过程，并在图8中展示。早期等离子体包含一个空气击穿区域和一个铜（Cu）等离子体区域。空气击穿首先由多光子电离引起，随后发生雪崩电离。然而，在第二种情况下，焦点位于靶材表面以下，未形成独立的空气击穿区域。相反，空气电离发生在铜等离子体前沿附近，其原因是铜靶发射出的自由电子通过碰撞电离引发空气电离。
<img alt="光学装置示意图；超快激光光谱；泵浦-探测方法，反射镜，透镜，滤光片。" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 1"> 
图 1. 泵浦-探测阴影成像测量的示意图。
<img alt="显示在16至450皮秒时间内铜-空气界面中激波传播的超快动力学示意图。" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 2"> 
图 2. 焦点略高于表面时，铜等离子体在不同延迟时间下的膨胀过程。激光波长：800 nm；脉冲持续时间：100 fs；功率密度：4.2 × 1014 W/cm2；靶材：Cu。
<img alt="超快动力学；瞬态吸收；时间分辨显微图像；光学激发图案。" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 3"> 
图 3. 焦点略低于表面时，Cu 等离子体在不同延迟时间下的膨胀过程。激光波长：800 nm；脉冲持续时间：100 fs；功率密度：4.2 × 1014 W/cm2；靶材：Cu。
<img alt="瞬态吸收图，延迟时间与位置关系；径向与纵向数据对比分析。" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 4"> 
图 4. 焦点略高于表面时，等离子体在不同延迟时间下的纵向与径向扩展位置。激光波长：800 nm；脉冲持续时间：100 fs；功率密度：4.2 × 1014 W/cm2；靶材：Cu。
<img alt="瞬态吸收图；延迟时间（皮秒）对应的径向和轴向位置。" src="/files/ftp_upload/4033/4033fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 5"> 
图 5. 焦点略低于表面时，等离子体在连续延迟时间下的轴向和径向扩展位置。激光波长：800 nm；脉冲持续时间：100 fs；功率密度：4.2 × 1014 W/cm2；靶材：Cu。
图6. 焦点略高于表面时，在70 ps延迟时间内测得的与计算的等离子体膨胀动画。激光波长：800 nm；脉冲持续时间：100 fs；功率密度：4.2 × 1014 W/cm2；靶材：Cu。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie6.avi" target="_blank">点击此处查看动画</a>。
图7. 焦点略低于表面时，在70 ps延迟时间内测得的与计算得到的等离子体膨胀动画。激光波长：800 nm；脉冲持续时间：100 fs；功率密度：4.2 × 1014 W/cm2；靶材：Cu。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie7.avi" target="_blank">点击此处查看动画</a>。
图8. 焦点略高于表面时，在1 ps延迟时间内测得的和计算的等离子体膨胀动画。激光波长：800 nm；脉冲持续时间：100 fs；功率密度：4.2 × 1014 W/cm2；靶材：Cu。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4033/4033movie8.avi" target="_blank">点击此处查看动画</a>。

<ol><li>Garnov, S. V., Malyutin, A. A., Tsarkova, O. G., Konov, V. I., Dausinger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+laser-induced+plasma+diagnostics+with+time-spatial+resolved+shadow+and+interferometric+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Ultrafast laser-induced plasma diagnostics with time-spatial resolved shadow and interferometric techniques.</a> Proc. SPIE. 4637, 31-42 (2002).</li>
<li>Zhang, N., Zhu, X., Yang, J., Wang, X., Wang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-resolved+shadowgraphs+of+material+ejection+in+intense+femtosecond+laser+ablation+of+aluminum%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Time-resolved shadowgraphs of material ejection in intense femtosecond laser ablation of aluminum.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 167602(2007).</li>
<li>Li, J., Wang, X., Chen, Z., Clinite, R., Mao, S. S., Zhu, P., Sheng, Z., Zhang, J., Cao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+electron+beam+imaging+of+femtosecond+laser-induced+plasma+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Ultrafast electron beam imaging of femtosecond laser-induced plasma dynamics.</a> J. Appl. Phys. 107, 083305(2010).</li>
<li>Veysman, M. E., Agranat, M. B., Andreev, N. E., Ashitkov, S. I., Fortov, V. E., Khishchenko, K. V., Kostenko, O. F., Levashov, P. R., Ovchinnikov, A. V., Sitnikov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+optical+diagnostics+and+hydrodynamic+simulation+of+Ag+plasma+created+by+laser+irradiation+of+a+solid+target%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+B%22%5BJournal%5D)">Femtosecond optical diagnostics and hydrodynamic simulation of Ag plasma created by laser irradiation of a solid target.</a> J. Phys. B. 41, 125704(2008).</li>
<li>Geindre, J. P., Audebert, P., Rousse, A., Falliés, F., Gauthier, J. C., Mysyrowicz, A., Santos, A. D., Hamoniaux, G., Antonetti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-domain+interferometer+for+measuring+the+phase+and+amplitude+of+a+femtosecond+pulse+probing+a+laser-produced+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Frequency-domain interferometer for measuring the phase and amplitude of a femtosecond pulse probing a laser-produced plasma.</a> Opt. Lett. 19, 1997-1999 (1994).</li>
<li>Inogamov, N. A., Anisimov, S. I., Petrov, Y. uV., Khokhlov, V. A., Zhakhovskii, V. V., Nishihara, K., Agranat, M. B., Ashitkov, S. I., Komarov, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+and+experimental+study+of+hydrodynamics+of+metal+target+irradiated+by+ultrashort+laser+pulse%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Theoretical and experimental study of hydrodynamics of metal target irradiated by ultrashort laser pulse.</a> Proc. SPIE. 7005, 70052F.1-70052F.10 (2008).</li>
<li>Flacco, A., Guemnie-Tafo, A., Nuter, R., Veltcheva, M., Batani, D., Lefebvre, E., Malka, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+controlled+plasma+expansion+in+vacuum+for+laser+driven+ion+acceleration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Characterization of a controlled plasma expansion in vacuum for laser driven ion acceleration.</a> J. Appl. Phys. 104, 103304.1-103304.5 (2008).</li>
<li>Mao, S. S., Mao, X., Greif, R., Russo, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+of+a+picosecond+laser+ablation+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Simulation of a picosecond laser ablation plasma.</a> Appl. Phys. Lett. 76, 3370-3372 (2000).</li>
<li>Chen, Z., Mao, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+laser-induced+electronic+plasma+at+metal+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Femtosecond laser-induced electronic plasma at metal surface.</a> Appl. Phys. Lett. 93, 051506.1-051506.3 (2008).</li>
<li>Kononenko, T. V., Konov, V. I., Garnov, S. V., Danielius, R., Piskarskas, A., Tamoshauskas, G., Dausinger, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+study+of+the+ablation+of+materials+by+femtosecond+and+pico-+or+nanosecond+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Quantum+Electron%22%5BJournal%5D)">Comparative study of the ablation of materials by femtosecond and pico- or nanosecond laser pulses.</a> Quantum Electron. 29, 724-728 (1999).</li>
<li>Dausinger, F., Hügel, H., Konov, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-machining+with+ultrashort+laser+pulses%3A+From+basic+understanding+to+technical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Micro-machining with ultrashort laser pulses: From basic understanding to technical applications.</a> Proc. SPIE. 5147, 106-115 (2003).</li>
<li>Hu, W., Shin, Y. C., King, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early-stage+plasma+dynamics+with+air+ionization+during+ultrashort+laser+ablation+of+metal%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+of+Plasmas%22%5BJournal%5D)">Early-stage plasma dynamics with air ionization during ultrashort laser ablation of metal.</a> Phys. of Plasmas. 18, 093302.1-093302.12 (2011).</li>
</ol>

未声明任何利益冲突。

本文介绍的测量与模拟方法能够更准确地研究早期等离子体动力学，并更深入地理解空气和铜的电离机制。通过时间分辨率为1 ps、空间分辨率为1 μm的测量，成功捕捉到高质量的等离子体结构，且该测量具有良好的重复性。关键步骤在于精确对准光束，并制备出具有高平整度和低粗糙度的靶材表面。
该方法可适用于其他目标材料和多种激光参数。泵浦-探测阴影成像法的唯一限制是电子数密度变化过低。

<table><tbody><tr><td>激光器</td><td>Spectra-Physics</td><td>SPTF-100F-1K-1P</td><td></td></tr><tr><td>ICCD 相机</td><td>Princeton Instruments</td><td>7467-0028</td><td></td></tr><tr><td>示波器</td><td>Rigol</td><td>DS1302CA</td><td></td></tr><tr><td>光电二极管</td><td>Newport</td><td>818-BB30</td><td></td></tr><tr><td>线性位移台</td><td>Newport</td><td>433</td><td></td></tr><tr><td>百分表</td><td>Mitutoyo</td><td>ID-C112E</td><td></td></tr></tbody></table>

超短激光脉冲诱导的早期等离子体演化研究

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

早期等离子体由高强度激光照射靶材及随后的靶材电离产生。其动力学行为在激光与材料相互作用中起着重要作用，尤其是在空气环境中1-11。
通过泵浦-探测阴影法1-3和干涉测量法1,4-7已实现对早期等离子体演化的观测。然而，已有研究的时间范围和所用激光参数范围仍有限。例如，在激光脉冲峰值后100皮秒（ps）以内的延迟时间内，对等离子体前沿位置和电子数密度的直接测量仍然很少，特别是对于脉冲持续时间约为100飞秒（fs）、功率密度约为1014 W/cm2的超短脉冲情形。在这些条件下产生的早期等离子体，直到最近才以高时间和空间分辨率被成功捕捉12。本文将详细说明该高精度测量的具体装置策略与实验步骤。该测量方法的基本原理是光学泵浦-探测阴影法：将一个超短激光脉冲分束为泵浦脉冲和探测脉冲，通过调节两束光的光程差来控制其间的延迟时间。泵浦脉冲作用于靶材并产生早期等离子体，探测脉冲则穿过等离子体区域，检测电子数密度的非均匀性。此外，还利用参考文献12中模拟模型的计算结果生成动画，以极高分辨率（0.04 ~ 1 ps）展示等离子体的形成与演化过程。
实验方法和模拟方法均可适用于多种时间尺度和激光参数。这些方法不仅可用于研究金属产生的早期等离子体，还可用于研究半导体和绝缘体产生的早期等离子体。

本文描述了一种用于研究超短激光脉冲诱导的早期等离子体演化的实验方法。利用该方法，可获得具有高时间分辨率和高空间分辨率的早期等离子体高质量图像。采用一种新颖的集成原子模型对早期等离子体的形成机制进行模拟与解释。

早期等离子体的产生是由于高强度激光对靶材的辐照以及随后靶材的电离。其动力学行为在...中起着重要作用。

本实验的目的是利用高时间分辨率和高空间分辨率，研究超短激光脉冲诱导的早期等离子体演化过程。通过构建一个光学系统，将一束超短激光脉冲分离为泵浦脉冲和探测脉冲，从而实现该目标。第二步。泵浦脉冲与探测脉冲同步，为光学延迟装置提供零延迟时间。随后准备样品和载物台，以实现样品顶面的高度平整，并使样品顶面与探测脉冲平行。接下来，在目标位置的略上方和略下方进行烧蚀。泵浦脉冲烧蚀靶材并产生早期等离子体，同时探测脉冲穿过等离子体区域，检测电子数密度的不均匀性。最终，根据测得的阴影图像，结果显示了在不同延迟时间下等离子体的膨胀过程。此外，还利用计算结果生成动画，以极高分辨率展示等离子体的形成与演化过程。该方法有助于解答激光诱导击穿领域中的关键问题，例如焦点位置以及早期等离子体演化对激光烧蚀过程的影响。该技术的应用意义在于推动超短脉冲激光器的发展及其有效利用，因为该技术能够揭示在超短激光脉冲持续时间内，早期等离子体吸收了多少能量，并可用于增强等离子体场，服务于多种诊断及材料加工应用。用于泵浦-探测阴影成像测量的光学系统在激光输出端之后配置了半波片和偏振器，以调节激光脉冲能量。偏振器后的分束器将激光脉冲分成两束：泵浦脉冲和探测脉冲。通过四个反射镜和一个手动平移台构建泵浦脉冲的光延迟装置。另外四个反射镜将泵浦脉冲引导至垂直照射目标表面。二次谐波发生器将激光脉冲的波长从800纳米转换为400纳米。然后，谐波分离器透射800纳米的脉冲并反射400纳米的脉冲。接下来是光束缩束器。另一种用于探测光的光学延迟装置。通过四个反射镜和一对聚焦透镜构建脉冲，以调节探测光脉冲的尺寸和会聚程度。利用光圈环调节探测光脉冲的照射区域，并确保探测光脉冲水平地通过目标表面，在物镜和若干滤光片附近与泵浦光脉冲相交，从而生成等离子体区域的图像，由增强型电荷耦合器件相机接收。最后，使用 BNC 电缆或 USB 电缆连接计算机、激光器、ICCD 相机及其控制器，调节相机控制器的延迟时间，直至相机捕获到探测光的图像。通过在泵浦光脉冲与探测光脉冲交汇处设置一个分束器，并由两个光电二极管接收这两个脉冲，从而实现泵浦-探测同步，有效同步探测光脉冲与相机的脉冲。这两个光电二极管应与分束器保持相同的距离。然后使用示波器接收这两个光电二极管的信号，并移除分束器。移动泵浦脉冲光路中的延迟平台，直到泵浦脉冲和探测脉冲在示波器屏幕上的轮廓相互重叠。由于示波器同步后的 temporal resolution 达到 20 皮秒，因此可实现 20 皮秒的时间精度。移除两个光电二极管。调节泵浦脉冲光路中的延迟装置，直至在ICCD屏幕上刚好能够观察到空气击穿区域。将能够检测到空气击穿形成而非均匀背景信号的时刻确定为延迟时间零点。该技术的关键部分是确保靶材不会遮挡等离子体图像的任何部分。为此，需要对样品和载物台进行制备，以实现样品上表面的高度平整，并使样品上表面与探针通路平行。开始制备载物台时，先安装一个实验室升降台和两个手动线性位移台。依次通过三个自由度移动样品，使用用户刻度指示器和高精度垫片，使各阶段达到高平面度，其高度差应控制在每25.4毫米距离小于1微米。接下来，使用铣床从厚度为0.8毫米的铜板上切割出一个方形样品。再使用抛光机对铜片的一个窄边进行抛光，直至表面粗糙度低于0.5微米。将铜片固定在顶部手动载物台上，抛光的窄面朝上。通过ICCD相机监测其位置，移动目标的同时调整手动载物台，若存在倾斜，可通过在目标下方插入高精度垫片（SHIs）进行校正。对另一个手动载物台重复此过程。最后，在改变聚焦透镜位置的情况下，在靶材上钻出十几个孔，聚焦透镜的位置通过高精度手动三维调节平台进行调节。焦点位置对应于钻出最小孔时聚焦透镜所在的位置。实际测量应在暗处进行。然而，为了拍摄目的，使用了少量光照进行消融。首先，将聚焦透镜向上移动至距离焦点约50微米的位置。然后，在泵浦脉冲光路中以0.3毫米的间隔移动延迟平台以捕获图像。每2皮秒采集一次图像，直至达到10皮秒；或每隔3毫米，每20皮秒采集一次图像，直至达到480皮秒。为确保可重复性与准确性，重复该过程多次。最后一步，将聚焦透镜向下移动至距焦点约50微米的位置，并采集图像。同样，展示了铜等离子体在不同延迟时间下膨胀所产生的测量阴影图像。这些图像对应于焦点略高于和略低于靶材表面的情况。此处绘制了当焦点略高于和略低于靶材表面时的纵向和径向膨胀位置。这两种情况下，在前100皮秒内的纵向扩展显著不同。对于第一种情况，100皮秒内的早期等离子体具有一维多层结构的扩展形态；而对于第二种情况，早期等离子体则具有二维扩展结构，并且在100皮秒内变化不大。然而，在随后的400皮秒内的纵向扩展以及径向扩展则较为相似。此处采用一个模拟模型，通过模拟电子密度来研究当焦点略高于靶材表面时早期等离子体演化的机制。时间零点定义为激光脉冲峰值到达靶表面的时刻。采用同一模型探讨了焦点略微位于靶表面下方的情况。模拟得到的早期等离子体演化过程与实测结果吻合良好。在这两种情况下，利用模拟模型预测到第一种情况在1皮秒内即形成早期等离子体，该早期等离子体包含一个空气击穿区域和一个铜等离子体区域。空气击穿首先由多光子电离引起，随后发生雪崩电离；而对于第二种情况，由于焦点位于靶材表面以下，因此未形成独立的空气击穿区域。相反，空气电离发生在铜等离子体前沿附近，这是由于铜靶被激发后从靶材中射出的自由电子通过碰撞电离所导致的。该技术为激光烧蚀领域内的研究人员探索烧蚀过程中早期等离子体的演化提供了途径。观看本视频后，您应能很好地掌握如何利用阴影成像法来测量等离子体。

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工程

超短激光脉冲诱导的等离子体演化早期的调查

采用不同脉冲能量和时序参数测试了激光诱导击穿光谱（LIBS）对土壤模拟物的检测能力。利用校准曲线确定了不同参数下的检测限和灵敏度。结果总体表明，使用较低脉冲能量和非门控检测方式并未显著降低检测能力。...

激光诱导击穿光谱结果对脉冲能量和时序参数的依赖性研究：基于土壤模拟物的实验

使用激光诱导击穿光谱（LIBS）测量时间分辨的原子和双原子分子种类。在Nd:YAG激光辐射引发光学击穿等离子体后，于不同时间延迟下采集光谱。 并被用于推断电子密度和温度。...

激光诱导光学击穿后原子氢及双原子分子AlO、C2、CN和TiO光谱的测量与分析

新型烧蚀材料的开发及其数值建模需要广泛的实验研究。本方案描述了在等离子体流中对材料响应特性进行表征的实验步骤，其核心技术为非侵入式方法，用于追踪材料的侵蚀过程，并通过发射光谱法检测反应性边界层中的化学反应。...

等离子体风洞中烧蚀材料测试期间的发射光谱边界层研究

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利用强场绝热电离法测量多原子阳离子自由基中的超快振动相干性

本研究的主要目标是使不熟悉朗缪尔探针和发射探针的研究团队能够更便捷地将其用于等离子体诊断，特别是在等离子体边界附近。我们通过演示如何利用 readily available...

构建朗缪尔探针和发射探针用于低气压低温等离子体中的等离子体电势测量

热等离子体穿孔法结合了共聚焦显微镜、光镊技术和金纳米颗粒，用于研究细胞和巨大单层囊泡中细胞质膜修复过程中的蛋白质响应。该技术可实现快速且局部的膜穿孔，有助于鉴定关键蛋白质及其在复杂的细胞质膜修复机制中的功能作用。...

一种用于研究活细胞和模型膜中质膜修复的热等离子体方法

了解超短激光脉冲诱导早期等离子体演化的高时空分辨成像方法。本技术采用泵浦-探测阴影成像系统，可精确捕捉等离子体膨胀动态，为激光烧蚀与材料加工研究提供关键诊断工具。

超短激光脉冲诱导的早期等离子体演化研究

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