Zeitaufgelöste Atom-und zweiatomigen Molekülspezies mit LIBS gemessen. Die Spektren werden in verschiedenen Zeitverzögerungen nach der Erzeugung optischer Durchbruch Plasma gesammelt Nd: YAG-Laserstrahlung und analysiert werden, um die Elektronendichte und Temperatur abzuleiten.
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Methodenartikel
Messung und Analyse von atomarem Wasserstoff und Zweiatomige Molekulare AlO, C
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
In dieser Arbeit präsentieren wir zeitaufgelöste Messungen von Atom-und zweiatomigen Spektren nach laserinduzierten optischen Durchbruch. Eine typische LIBS Anordnung verwendet. Hier betreiben wir ein Nd: YAG-Laser bei einer Frequenz von 10 Hz bei der Grundwellenlänge von 1.064 nm auf. Die 14 ns Pulse mit anenergy von 190 mJ / Impuls zu einer 50 um Fleckgröße fokussiert, um einen Plasma von optischen Durchbruch oder Laser-Ablation in der Luft zu erzeugen. Der Mikroplasma wird auf den Eintrittsspalt eines Spektrometers abgebildet 0,6 m, und die Spektren werden mit einem 1800 Rillen / mm Gitter eine verstärkte lineare Diodenanordnung und der optischen Mehrkanal-Analysator (OMA) oder eine ICCD aufgezeichnet. Von Interesse sind Stark-verbreiterten Atomlinien des Wasserstoffs Balmer-Serie, um die Elektronendichte schließen. Temperaturmessungen erarbeiten wir auch zweiatomige Emissionsspektren der Aluminiumgehalt (AlO), Kohlenstoff (C 2), Cyan (CN) und Titanmonoxid (TiO).
Die experimentellen Verfahren umfassen wellenlänge und Empfindlichkeit Kalibrierungen. Analyse der molekularen Spektren aufgezeichnet wird durch den Einbau von Daten tabellarisch Linienstärken erreicht. Darüber hinaus werden von Monte-Carlo-Simulationen durchgeführt, um Art der Fehlermargen zu schätzen. Zeitaufgelöste Messungen sind für die transiente Plasma häufig in LIBS angetroffen unerlässlich.
Einleitung
Laser-Induced Breakdown-Spektroskopie (LIBS)-Techniken 5.1-Anwendungen haben in der Atom 6-12 und molekulare Untersuchungen von Plasma 13-20 mit Laserstrahlung erzeugt. Zeitaufgelösten Spektroskopie ist wichtig für die Bestimmung der Übergangscharakteristiken des Plasmas. Temperatur-und Elektronendichte, um nur zwei Plasmaparameter, gemessen vorgesehen eine vernünftige theoretische Modell der Plasma Aufschlüsselung verfügbar ist. Trennung von Freie-Elektronen-Strahlung von Atom-und Molekül Emissionen ermöglicht es uns, genau vorübergehende Phänomene zu erforschen. Durch die Fokussierung auf ein bestimmtes Zeitfenster, kann man "einfri....
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Protokoll
1. Optical System-Setup
- Legen Sie einen Strahlteiler am Ausgang des Lasers, so dass die 1.064 nm Wellenlänge Licht durchlassen und alle anderen transienten Laserstrahlung in eine Strahlfalle zu reflektieren.
- Legen einen Hochgeschwindigkeits-PIN-Photodioden-Detektor, um einen Teil der Laserstrahlung aus dem Strahlenteiler reflektiert aufzuzeichnen. Verbinden dieses Detektors an das Oszilloskop mit Koaxialkabel, um die optische Impuls bezüglich Auslösung durch den Funktionsgenerator und das Auftreten der Q-Schaltung in der Nd überwachen: YAG-Laservorrichtung.
- Richten drei IR reflektierenden Spiegel, um den Strahl parallel zu dem Schlitz d....
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Ergebnisse
LIBS gepulste Laserstrahlung verwendet, um eine Probe ausreichend ionisiert, um Plasma zu bilden. Laser-induzierten Abbau von gasförmigen Stoffen wird Plasma, das über den Fokusbereich des Anregungsstrahls zentriert ist, zu schaffen, während der Laserablation an festen Oberflächen wird Plasma über der Oberfläche der Probe zu erzeugen. Das Plasma wird durch die Konzentration der optischen Strahlung in der Größenordnung von 100 GW / cm 2 ns Bruchimpulse erzeugt. Laserablation Plasma zu erzeugen, typischerweise .......
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Diskussion
Die zeitaufgelöste Messprotokoll und repräsentative Ergebnisse werden hier weiter diskutiert. Es ist wichtig, die Laserpulse, erzeugt bei einer Rate von 10 Hz zu synchronisieren, mit der 50 Hz Arbeitsfrequenz des verstärkten linearen Dioden-Array und OMA (oder ICCD). Weiterhin ist eine genaue Zeitsteuerung der Laserimpulse und die Öffnung des Gate des verstärkten linearen Dioden-Array (oder alternativ ICCD) wesentlich. Der Wellengenerator, in dem Versuchsschema anzug, wird verwendet, um die Laserimpulse synchronisieren .......
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Offenlegungen
Alle Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.
Danksagungen
Die Autoren danken Herrn JO Hornkohl für Zinsen und Diskussion über die Berechnung des zweiatomigen Moleküllinie Stärken. Diese Arbeit wird teilweise durch das Zentrum für Laseranwendungen an der University of Tennessee Space Institute unterstützt.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Custom Box | UTSI | None | Signalteiler und -konditionierer. An dessen Stelle kann ein Oszilloskop verwendet werden. |
| Digitaler Verzögerungs-/Impulsgenerator mit vier Kanälen | Stanford Research Systems, Inc. | Modell DG535 | Firmen: Tequipment, diyAudio |
| Vier Kanal Farbe Digital Phosphor Oszilloskop | Tektronix | TDS 3054 | 500 MHz - 5 GS/sec, Firmen: Amazon, Tektronix, Fluke, Agilent Technologies, Pico Technology |
| Wavetek FG3C Funktionsgenerator | Wavetek | FG3C | Firmen: Tequipment, Stanford Research Systems, BK Precision |
| Nd:YAG Laser | Quanta-Ray | DCR-2A(10) PS | Laserstrahlung, Klasse IV. Firmen: Lambda Photometrics, Continuum, Ellipse, Newport |
| Si Biased Detector | Thorlabs | DET10A/M | 200-1.100 nm, mit ND10A Reflexionsfilter. Firmen: Canberra, Edmund Optics |
| Nd:YAG Laser Line Mirror, 1,064 nm | Thorlabs | NB1-K13 | Firmen: Edmund Optics, Newport |
| 1 in Fused Silica Bi-Convex Lens, uncoated | Newport | SBX031 | Firmen: Edmund Optics, Thorlabs |
| 2 in Fused Silica Plano-Convex Linse, unbeschichtet | Newport | SPX049 | Konvexe Linse, f/4. Firmen: Edmund Optics, Thorlabs |
| Spectrograph | Instruments S.A. Geschäftsbereich Jobin-Yvon | HR 640 | Firmen: Andor, Newport, Horiba |
| Manuelle und elektronische Steuerung für Spectrograph | Instruments S.A. Geschäftsbereich Jobin-Yvon | Model 980028 | Manuelle und elektronische Steuerung für Spectrograph |
| Mega 4000 | Mega | Model 129709 | Computerschnittstelle für Spektrograph |
| Gateway 2000 Crystal Scan 1024 Monitor | Gateway | PMV14AC | Monitor für Computerschnittstelle |
| 20 MHz Oszilloskop | BK Precision | Model 2125 | Unternehmen: Amazon, Tektronix, Fluke, Agilent Technologies, Pico Technology |
| 6040 Universal Pulse Generator | Berkeley Nucleonics Corporation | Model 6040 | Unternehmen: Agilent Technologies, Tektronix, Quantum Composers |
| Separate Komponente für 6040 Universal Pulse Generator | Berkeley Nucleonics Corporation | Modell 202 H | Separate Komponente für 6040 Universal Pulse Generator |
| ICCD Kamera | EG& G Parc | Modell 46113 | Unternehmen: Andor, Standford Computer Optics, LaVision, Hamamatsu |
| OMA III | EG& G Parc | Modell 1460 | Spektrale Datenerfassung und -analyse. Das Gerät wird nicht mehr hergestellt und durch Software ersetzt, die auf den Computern installiert ist. |
Referenzen
- 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 Yo....
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Nachdrucke und Genehmigungen
