Summary
시간이 해결 원자와 이원자 분자 종은 LIBS를 사용하여 측정된다. 스펙트럼은 Nd 개의 광학 항복 플라즈마의 생성 다음 다양한 시간 지연에 수집된다 : YAG 레이저 방사선 및 전자 밀도와 온도를 추론하기 위해 분석된다.
Abstract
이 작품에서 우리는 레이저 유도 광학 고장 다음 원자와 이원자 스펙트럼의 시간 분해 측정을 제시한다. 일반적인 LIBS 배열이 사용됩니다. 1,064 ㎚의 기본 파장에서 10 Hz의 주파수에서 YAG 레이저 : 여기서 우리는 다코타를 운영하고 있습니다. 190 엠제이 / 펄스의 anenergy와 14 나노초 펄스는 광학 고장 또는 공기에 레이저 어블 레이션에서 플라즈마를 생성하기 위해 50 ㎛ 스폿 크기에 초점을 맞추고있다. 마이크로 플라즈마는 0.6 m 분광기의 입구 슬릿에 결상하고, 스펙트럼을 강화 선형 다이오드 어레이 격자 1800 홈 / mm 광학 채널 분석기 (OMA) 또는 ICCD를 사용하여 기록됩니다. 관심의 전자 밀도를 추론 할 수있는 수소 발머 시리즈의 스탁 - 확대 원자 라인입니다. 우리는 또한 알루미늄 일산화탄소 (ALO)의 이원자 방출 스펙트럼에서 온도 측정 정교, 탄소 (C 2), 시안 (CN), 및 티타늄 일산화탄소 (티오).
실험 절차는 다음과 같습니다 wavelength 감도 교정. 기록 된 분자 스펙트럼의 분석은 표로 라인의 강점과 데이터의 피팅에 의해 달성된다. 또한, 몬테카를로 형 시뮬레이션 오류 마진을 추정하기 위해 수행된다. 시간 분해 측정은 일반적으로 LIBS에서 발생하는 과도 플라즈마를 위해 필수적입니다.
Introduction
레이저 유도 분석 분광법 (LIBS) 기술 1-5 원자 6-12 응용 프로그램 및 레이저 방사선 발생 플라즈마 13-20의 분자 연구가있다. 시간 분해 분광법은 플라즈마의 과도 특성의 결정을위한 필수적입니다. 이름 만 두 플라즈마 매개 변수에 대한 온도와 전자 밀도, 플라즈마 고장의 합리적인 이론적 모델을 사용할 수있는 경우 측정 할 수있다. 원자와 분자 가스에서 자유 전자 방사선의 분리는 우리가 정확하게 과도 현상을 탐색 할 수 있습니다. 특정 시간 창에 초점을 맞춤으로써, 하나는 플라즈마 붕괴를 "동결"함으로써 정확한 분광 지문을 얻을 수 있습니다. LIBS는 다양한 응용 프로그램을 가지고 있으며, 필드에 게시 연구자의 숫자로 측정했을 때 최근에 LIBS 진단에 대한 관심이 상당한 증가를 보여줍니다. 피코 및 펨토 생성 된 마이크로 플라즈마는 진행 중입니다연구 분야는, 그러나, 역사적 실험 LIBS 배열은 나노초 레이저 방사선을 이용한다.
그림 1은 레이저 유도 분석 분광법의 일반적인 실험적인 배열을 표시합니다. 이 프로토콜의 경우, 초기 빔 기능적 파괴 에너지는 1064 ㎚의 적외선 파장에있어서, 75 mJ의 펄스의 정도이다. 필요에 따라이 펄스 에너지가 조정될 수있다. . 플라즈마 분광계에 의해 분산 강화 된 2 차원의 전하 결합 소자 (ICCD) 상으로 묘화 대안 강화 선형 다이오드 어레이 및 OMA 또는, 측정되고도 2는 시간 분해 실험을위한 타이밍도를 나타낸다 : 펄스 동기화 판독, 레이저 펄스 트리거, 레이저 화재, 게이트 오픈 지연 레이저 방사.
성공적인 시간 분해 분광법은 다양한 교정 절차가 필요합니다. 이러한 절차는 다시, 파장 교정을 포함지상 보정, 그리고 가장 중요하게, 검출기의 감도 보정. 감도 데이터 측정 및 모델링 스펙트럼의 비교에 중요한 수정. 신호 - 대 - 잡음 비의 증가를 들어, 다 레이저 유발 고장 이벤트가 기록된다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 광 시스템 설치
- 1,064 nm 파장의 빛이 통과하고 빔 덤프로 다른 모든 과도 레이저 방사선을 반사 할 수 있도록 레이저의 출구에 빔 스플리터를 배치.
- 빔 스플리터에서 반사 된 레이저 방사선의 부분을 기록하는 고속 PIN 포토 다이오드 검출기를 배치. YAG 레이저 소자 : 함수 발생기 및 Nd 개의에서 Q-스위칭의 발생에 의한 트리거링에 대하여 광 펄스를 모니터링하는 동축 케이블로 오실로스코프이 검출기를 연결한다.
- 분광계의 슬릿 빔 평행하게 위치하는 세 가지 IR 반사 거울을 맞 춥니 다.
- 분광기 슬릿에 광 항복 플라즈마 평행를 생성하기 위해 상기 빔을 포커스하도록 병진 스테이지 위의 렌즈를 위치. 슬릿 상 플라즈마를 영상화하기위한 목적이 석영 렌즈를 맞추. 두 초점 렌즈는 최적의 최종 렌즈 APER가 의미하는 분광계의 디자인을 일치분광계의 내부 광학의 F 번호와 AF # 동일한 달성하기 위해 진짜야.
- 380 nm의 위의 측정의 경우, 컷에 필터 두 렌즈 사이 380 나노 미터 이하의 방사선을 차단하기위한 목적을 놓습니다. 컷에 필터는 측정 된 스펙트럼에 (의한 격자의 2 차에) 가능한 UV 기여를 표시하지 않습니다.
2. 데이터 수집 설정
- 10 Hz에서 얻을 수있는 사용자 지정 구축 분주 다섯 회로에 50 Hz에서 삼각파를 제공하는 웨이브 형태의 함수 발생기를 연결합니다. 광학 채널 분석기 (OMA)는 50 Hz에서 다코타의 플래시 램프에서 동작 : YAG 레이저는 기적 10 Hz에서 운영하고 있습니다. 하나는 또한 펄스 레이저 방사선의 비율로 동 기적으로 동작하는 OMA 대신 ICCD를 사용할 수있다.
- 디지털 지연 발생기에 사용자 지정 내장 분주 다섯 회로의 출력 중 하나를 연결합니다. 연속하는 YAG 플래시 램프와 다른 출력 : 다코타를 동기화하는 하나의 출력을 사용하여ROL 선형 다이오드 어레이 증강 장치 및 광 채널 분석기의 트리거. 다시, 대신 강화 선형 다이오드 어레이 및 OMA 중 하나 ICCD를 사용할 수있다.
- 오실로스코프 및 펄스 발생기에 레이저 소자의 프리 트리거 출력 릴레이. 펄스 레이저 방사선이 광학 고장 발생 또는 레이저 어블 레이션에 해당 될 때 오실로스코프는 모니터링하는 데 사용됩니다.
- 강화 선형 다이오드 어레이에 디지털 펄스 발생기의 높은 전압 출력을 연결합니다.
- 오실로스코프에 펄스 발생기의 다른 출력을 연결합니다.
- OMA에 강화 선형 다이오드 어레이 출력을 연결합니다.
3. 동기화 및 측정
- 출력 50 ± 1 Hz에서 작동 삼각형 펄스 웨이브 형 함수 발생기를 설정한다. 이 함수 발생기는 마스터 주파수를 제공한다. 사용자 정의 내장 분주 다섯 회로와 디지털 지연 발생기 교류에 사용되는동기화를 보좌 신부.
- 물 냉각 시스템 및 레이저 소자에 대한 전력 공급을 개시. 레이저를 활성화합니다.
- 의 Nd 출구 개구에서 여행하는 레이저 방사를위한 시간을 결정 다음과 같이 분광기 슬릿의 앞 영역에 YAG 레이저 : 광로의 거리를 측정하여 속도의 빛을 이용하여 전송 시간을 계산한다. 다음 단계에서 게이트 지연 시간 설정이 전송 시간을 고려.
- 디지털 펄스 발생기에서 측정 및 광학 고장 또는 레이저 박리 펄스의 지연 시간에 대한 게이트 폭을 설정하고, 지연 시간을 모니터하기 위해 오실로스코프를 사용한다. 지연 시간은 고장 발생 후 데이터 수집을 위해 대기하는 시간을 결정합니다. 게이트 폭은 다이오드 어레이는 플라즈마 방사선에 노출되는 방법을 결정합니다.
- 공기 광학 고장 생성 및 / 또는 박리가 발생하도록 병진 무대에서 샘플을 놓습니다. 이미지 분광계 슬릿 상에 마이크로 플라즈마.
- 강화 선형 다이오드 어레이와 광 채널 분석기 (또는 ICCD 첨부)로 측정 및 기록 데이터를 시작한다.
4. 파장 교정
- 네온, 수은, 수소 램프 : 표준 교정 램프에서 기록 스펙트럼. 플라즈마가 생성 된 장소에 넣어 램프와 실험적인 배열을 사용합니다.
- 램프에서 공지 된 파장을 사용하면, 화소 대응 파장을 구하는 선형 또는 입방 피팅을 수행. 정확한 보정의 목적은 일반적으로 스펙트럼의 측정과 관련된 비선형 성을 보정하기위한 것이다.
- H, C 2, CN 및 관심 티오 스펙트럼 지역에 대한 교정을 반복합니다.
5. 강도 교정
- 텅스텐 교정 램프를 켜고 준비가 될 때까지 기다립니다.
- 활성 램프의 온도를 측정하는 광 고온계를 사용한다.
- 연구에 실험적인 배열을 사용하여활성 램프의 스펙트럼을 ecord.
- 입력 매개 변수로 측정 된 온도를 이용하여 판자의 방사선 법에서 흑체 곡선을 계산합니다.
- 활성 램프의 스펙트럼 계산 된 곡선을 맞 춥니 다. 요인을 결정하는 계산 된 곡선의 기록 강도. 검출기의 파장에 의존 감도 녹음 스펙트럼을 해결하기 위해 그 요인을 적용합니다.
- 분광계가 사용 된 각 영역에 대해이 작업을 반복합니다.
6. 데이터 전송
- 파일 전송을위한 매체를 준비합니다.
- 각 데이터 측정을 위해 매체에 그것을 기록한다.
- 이 매체를 가지고 작업 컴퓨터로의 파일을 업로드 할 수 있습니다.
7. 준비 다 파일
- 각 파일에 대해, 섹션으로 기록 된 데이터를 포함하는 하나, 그리고 시작 파장 및 데이터 포인트 당 평균 파장의 변화를 지정하는 다른 사람을 구문 분석.
- 일치하는 새로운 파일을 만들려면 다음 섹션을 사용하여기록 된 데이터와 파장.
8. 이원자 분자 분석
- 파장 파일과 해당 라인의 강도 파일을 선택합니다.
- 오프셋 기준을 선택합니다.
- 오프셋 (offset)는, 일정한 선, 또는 차 여부를 설정합니다.
- 해당 계수 고정 또는 변수 값 중 하나를 설정합니다.
- 고정 또는 변화가 될 수 있습니다 둘 중 해상도와 온도를 설정합니다.
- 측정 된 스펙트럼에 맞는 범위 내에서 합성 스펙트럼에 맞는의 허용 오차를 설정합니다.
- Nelder - 미드 알고리즘을 사용하여 실험 스펙트럼에 대한 계산을 맞 춥니 다.
- 각 측정에 대한 계산 된 스펙트럼의 베스트 피팅 매개 변수를 사용하여, 사용되는 다양한 시간 지연 및 게이트 폭에서 관찰 마이크로 플라즈마 파라미터를 유추.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
LIBS 충분히 플라즈마를 형성하기 위해 시료를 이온화하는 펄스 레이저 방사선을 이용한다. 고체 표면에 레이저 어블 레이션 샘플의 표면 위에 플라즈마를 생성합니다 동안 기체 물질의 레이저에 의한 고장은 여기 빔의 초점 영역을 중심으로되어 플라즈마를 생성합니다. 플라즈마는 나노초 고장 펄스 100 GW / ㎠의 순서에 광학 방사선을 집중하여 생성됩니다. 레이저 어블 레이션 플라즈마를 생성하는 것은 일반적 일 GW / cm이 충분 이상이다. 유도 플라즈마 방사선 분광계에 의해 분산된다. 만 광학 고장의 특정 지연 시간에, 원자와 이원자 스펙트럼이 잘 발달되어. 3-7 대표적인 결과를 예시한다.
자유 전자의 배경 방사선이 감소로 초기 플라즈마 부패, 원자 선 진화. 그 후, 주로 재조합, 분자 스펙트럼을 기록 할 수 있습니다. 실험적에서TS, 선형 다이오드 어레이의 증강 정확하게 트리거해야합니다. 또한, ICCD 정확하게뿐만 아니라 트리거해야합니다. 수집 된 데이터가 파괴 이벤트에서 정확한 지연 시간에 포스팅에서 구성되도록이 트리거링 (또는 타이밍)가 지속적으로 발생한다. 이어서, OMA는 강화 선형 다이오드 어레이와 저장 데이터로부터 신호를 디지털화한다. ICCD를 들어, 타이밍은 똑같이 중요 데이터는 유사하게 저장됩니다. 강화 선형 다이오드 어레이 실험에서, OMA 기록은 다섯 스캔의 첫 번째, 다른 네 나머지 검사는 중복하지만 연속적인 검사가 무시됩니다. 그림 2는 대표적인 배열의 결과를 얻을 수있다 선형 다이오드를 강화하는 방법을 보여줍니다.
원자 종에 대한 조사의 경우, 원자 라인은 스펙트럼 라인 '의 형태와 폭에 대해 연구한다. 측정 된 원자 라인의 모양과 폭은 대응하는 비교이론적 인 모델. 이 비교는 하나의 플라즈마의 관찰 부위에서 전자 밀도를 결정할 수있다. 이원자 분자 스펙트럼의 조사에서, 보통 많은 스펙트럼 선이 여러 분자 밴드에 기여한다. 각 측정, 스펙트럼 형상, 폭, 및 분자 대역에 포함 된 각 행의 상대 강도에 대하여 분석된다. 측정 및 계산 된 스펙트럼의 비교 함께 문학에서 사용할 수있는 고해상도 스펙트럼 데이터와 이원자 양자 이론에서 파생 된 라인의 강점을 활용합니다. 이 비교는 하나의 플라즈마의 관찰 부위의 이원자 분자의 여진 온도를 추론 할 수있다. 피팅 하나가 측정 된 스펙트럼에 다 항목, 계산 된 스펙트럼의 비선형 피팅을 수행 할 수 있도록 Nelder - 미드 알고리즘을 사용하여 수행됩니다. 다음에, 결과는 이원자 분자 및 원자의 선 스펙트럼을 해결 선택한 실험을 위해 제공됩니다. P>
그림 3은 측정 및 장착 티오 스펙트럼을 보여줍니다. 산화 티타늄 기둥의 특정 영역을 이미징하는 경우, 시간에 대한 장착되어 온도가 지역 최소를 보여줍니다. 이 최소 연소 가능성 때문이다.
수소 스펙트럼에 대한 일차 분석 목적은 수소 알파 및 수소 - 베타 라인에 대한 시간 - 분해 스펙트럼에서 전자 밀도와 온도를 결정하는 것이다.도 4는 슬릿의 높이를 따라 기록 수소 알파 프로파일을 나타낸다. 질소 및 산소와 같은 실험실 공기 종은 수소 알파 라인 초기 광 고장 이벤트 이후 등장하는 원인. 수소 - 알파 라인의 진화는 0.4 마이크로 초까지 광 항복 후에 마이크로 초 내지 30 시간의 지연을 조사한다. 수소 알파도 또한 지적 슬릿 축 가운데 부근의 도면에 표시 플라즈마의 중심에서 높은 전자 밀도를 나타낸다.
jove_content "> C 2 분자의 낮은 회전 수준이 온도 변화에 민감한 것을 보여줍니다, 높은 회전 수준은 주위의 가스 농도 및 방사선 분야에 민감합니다. 공중에서 레이저 박리 다음 5 표시 일반적인 측정 및 장착 결과를 그림. 분석 탄소 백조 스펙트럼 C 2의 형성을 이해하기위한 노력으로 인해 재결합 C 2의 형성을 연구 포함의 CN 그래 핀의 레이저 어블 레이션 다음. 기록 CN 스펙트럼을 장착 6은 그림과 그림은 또한 우수한 계약을 보여줍니다 이론. 계산 된 스펙트럼과 잘 실험 스펙트럼의 경기 일정, 설득력 계약은 C 2 스펙트럼처럼, 알루미늄 일산화탄소 쇼의 회전 / 진동 스펙트럼이 잘 상승 된 온도에 대한 분자 밴드를 개발했다. 종단에 밴드 헤드에서 볼 수 있습니다 부패 레이저 유도 마이크로 플라즈마. Figur전자 7은 측정 무조건 스펙트럼을 장착. ALO는 알루미늄의 연소 초기 제품이기 때문에, 분광 연구 ALO는 주로 온도 측정을 위해, 알루미늄 연소 연구에 응용 프로그램을하고 있습니다.
.도 1 개략 구성은 다음과 같은 실험적인 구성 요소를 도시한다 : (1) 빔 분할기는 1,064 nm의 레이저 방사선의 일부분을 편향; 행 (2) 적외선 반사 미러 수직 분광계 앞의 빔을 정렬 (3) 렌즈에 (4) 별 광학 고장 또는 레이저 어블 레이션 플라즈마를 상징한다;, 광학 고장을위한 꽉 자리에 빔을 집중 (5) 두 개의 렌즈와 일치하도록분광계의 광학 초점. 동기 상자, 파, 지연 발생기는 레이저의 전자 동기화를 수행하고 선형 다이오드 어레이와 OMA (또는 ICCD) 작동 주파수를 강화. 포토 다이오드, 펄스 발생기 및 오실로스코프가 하나가 정확하게 제어하고 LIBS의 측정 창을 모니터링 할 수 있도록하는 것은. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 2. 시간 분해 LIBS 측정을위한 타이밍 다이어그램. OMA 동기화 및 레이저 플래시 램프 동기는 파 및 지연 발전기 및 맞춤형 회로에 의해 제공됩니다. 레이저 펄스 트리거 및 화재 펄스 Nd 개의에 의해 제공된다 : YAG 레이저 장치를 함께 Q-스위치로 델제어 AY. YAG 레이저 제조원 : 여분의 트리거 이전 전자 펄스 (미도시) 또한 Nd 개의에 의해 제공된다. 이 사전 트리거는 우리가 정확하고 효율적으로 OMA / ICCD 시스템의 검출기 게이트 지연을 제어 할 수 있습니다. OMA 판독 값은 4 연속되지만 무시 판독 스캔을 포함하여 다이오드 어레이의 노출 이후에 발생합니다. 단일 펄스 실험의 경우, 개별 OMA 판독 메모리에 별도로 저장됩니다. 100 스캔 평균 측정의 경우, OMA 판독 검사가 추가 한 다음 저장됩니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 3. 측정 및 합성 방출 스펙트럼을 보여 티오 3 → X 3 Δ Δ의 V = 0 천이. 측정 된 데이터는 2 마이크로 초의 게이트 폭 T 지연 = 95 마이크로 초 지연 시간에 강화 선형 다이오드 어레이로 수집 하였다. 측정 된 스펙트럼이 계산 된 스펙트럼 FWHM의 스펙트럼 해상도 = 0.09 nm의 추정 온도 T에 대응 적합 = 3,300 K.는 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 4. 수소 발머 알파 라인 X 10 5 1.07 아빠 수소 가스에 기록. 1,000 연속 광학 고장 이벤트의 배출 표시했다분광계와 persed 및 ICCD, 광학 분석에서 0.042 마이크로 초 공간적 분광계 슬릿 높이에 따라 해결에 모았습니다. 이러한 시간 지연에 대한 최대 전자 수밀도는 0.32 × 10 25 전자 / m 3, 최대 Hα 적색 편이는 1.2 나노 미터에 달한다. 수소 알파와 베타 라인의 개별 스펙트럼 Parigger 6 예를 들어 설명된다. 공중에서 고장을 다음과 수소 알파와 베타 라인의 기록이 조브 간행물의 다큐멘터리 비디오의 일부입니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 5. C 2 백조 SPECTRA는 시간 지연 t 지연 = 20 마이크로 초에서 심화 선형 다이오드 어레이로 수거 1 마이크로 초의 게이트 폭을 사용. 측정 된 스펙트럼이 0.07의 FWHM 스펙트럼 해상도 계산 된 스펙트럼에 맞게되었다 뉴 멕시코와 T = 5,600 K의 온도를 유추됩니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 6. CN B 2 ε + → X 2 ε + 보라색 천이 t 지연 = 70 마이크로 초 시간 지연에 강화 선형 다이오드 어레이에 기록 된 와4 마이크로 초의 게이트 폭. 측정 된 스펙트럼은 0.09의 FWHM 스펙트럼 해상도를 사용하여 계산 된 스펙트럼과 적합 뉴 멕시코. 추정 온도는 T = 6,600 K.는 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 7. Δ = 0 전환에 대한 무조건 B 2 ε + → X 2 ε + 이원자 스펙트럼은 5 마이크로 초의 게이트 폭을 사용하여 T의 delayn = 45 마이크로 초의 시간 지연에 강화 선형 다이오드 어레이로 수집 하였다. 장착 스펙트럼 FWHM 스펙트럼 해상도를 사용하여 계산된다0.09의 뉴 멕시코. T = 3,900 K.에 유추 온도 금액은 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
측정 프로토콜과 대표적인 결과를 확인할 시간은 여기에서 더 논의된다. 그것은 강화 선형 다이오드 어레이 및 OMA (또는 ICCD)의 50 Hz 작동 주파수, 10 ㎐의 속도로 생성 된 레이저 펄스를 동기화하는 것이 중요하다. 또한, 레이저 펄스와 강화 선형 다이오드 어레이 (또는 선택적으로 ICCD)의 게이트의 개방의 정확한 타이밍이 중요합니다. 실험 회로도에 나타낸 파 발생 장치는, 레이저 펄스를 동기화하는 데 사용하고, 광 채널 분석기로 이루어진다 선형 다이오드 어레이 판독 심화된다. 펄스 발생기는 측정을위한 시간 지연을 조정하기 위해 이용된다.
강화제 게이트 열려있는 창을 중심으로 레이저 펄스의 시간적 중복은 초기 제로 시간 지연 = 0 t 지연에 해당한다. 발광 스펙트럼의 시간적 에볼루션에서 시간 지연을 결정하기위한 노력으로광학 분석은 변화한다. 초기 플라즈마 후 0.4 마이크로 초가 생성 될 때까지 예를 들어, 수소 알파 라인은 에어 브레이크 다운 이벤트에서 볼 수 없다. 발광 스펙트럼의 측정은 파장과 강도의 교정이 필요합니다. 이러한 교정은 분석을 위해 필요합니다.
LIBS 측정를 들어, 티타늄과 같은 금속의 샘플을 절제하여 플라즈마의 진화를 관찰, 관심의 이원자 전환의 파장 범위에 존재 종종 많은 원자 라인이 있습니다. 이 라인도 나중에 지연 시간에, 수집 된 스펙트럼에 지속적 일 수있다. 그러나,이 라인의 일부는 분광계 분산 격자의 두 번째 순서로 발생합니다. 저역 통과 필터의 사용은 2 차 포스팅을 차단하는 것이 유익하다.
데이터 수집의 절차가 중요하지만, 피팅에 사용되는 방법은 같은 장점을 보유. 온도 추론은 변화의 피팅 합성 스펙트럼에 의해 달성된다Nelder - 미드 알고리즘을 이용하여 수집 된 스펙트럼에 마이크로 플라즈마 매개 변수를 설정합니다. 스펙트럼의 배경을 정확하게 식별 할 수있는 경우이 절차의 신뢰성이 크게 향상된다. 이러한 맥락에서, 용어의 배경은 관심의 원자 또는 분자의 전환을 제외하고 기록 된 스펙트럼의 모든 것을 의미합니다. 이러한 배경의 효과를 정량화하기 위해, 기록 된 데이터는 이원자 분자 스펙트럼에서 유추 유추 된 온도에 미치는 영향에 대하여 노이즈 비율로 신호를 분석하여 조사 하였다. 이 조사는 몬테카를로 시뮬레이션 타입의 사용에 의해 촉진된다.
짧은 게이트 시간 분해 측정의 중요성은 확실히 높게 흥분 원자 및 분자 스펙트럼을 캡처 할 수있는 능력을 포함한다. 수소 발머 알파 라인의 경우, 6 NSEC 게이트의 사용은 최대 약 10 25 / m 3에 전자 밀도의 성공 결정의 결과. 이원자 분자 방출 SP의ectra, 6,000 K를 초과 여기 온도는 나노초 다코타와 LIBS 일반적입니다 : YAG 레이저 방사선. 증없이 측정은 일시적 이벤트 기간 동안 기록 된 평균 초과 시간을 구성하는 것입니다. 시간에 도시 된 스냅 샷은 하나의 레이저 유도 플라즈마의 발생과 부패를 조사 할 수 있습니다. 하나는, 원칙적으로, 기록을 매우 흥분 분자 스펙트럼은 약간 플라즈마 토치의 연구에서와 같이 밝은 레이저 유도 플라즈마에서 난민 수 있습니다. 그러나, 하나는 매우 흥분 원자 종의 잼 등 플라즈마 붕괴의 초기 역학을 캡처하지 않을 것이다.
레이저 유도 광학 고장 다음 원자 및 분자 스펙트럼의 실험실 측정의 미래 응용 프로그램은 기초 및 응용 중심의 모두 관심을 계속합니다. 원자 선폭의 측정은 초기 플라즈마 붕괴의 한 플라즈마 조건 / 파라미터를 결정하는 것을 허용한다. 지속적인 연구 노력은 정확한 형태를 포함스타크 폭이 넓어 및 / 또는 줄 모양의 링. 분자 스펙트럼은, 그 전환의 정확한 지식과 함께, 공연이, 특히 식별, 특성, 그리고 결정의 영역에서 응용 프로그램의 수를 증가 예를 들어, 폭발물, 연소 깃털, 별의 분위기, 또는 화학 성분. 시간 분해 분광법의 방법과 응용 프로그램은 레이저 방사선 플라즈마의 생성을 다음과 같은 역학을 수립에 중요하다. 이러한 역학 플라즈마 진동으로 인해 충돌에 선 모양의 변화, 배출로 인해 재결합 방사선 및 / 또는 연소 과정 (가) 있습니다. 다음 광학 고장 발생 프로세스의 시간적 간격은 과도 현상을 결정하는 것이 중요하다. 우리는 때문에 원자 종에서 방사선 원소 분석의 초기 LIBS 응용 프로그램이 강력하게 다른, 개별 선택에서 방사선의 분석을 포함 분자 종의 측정에 의해 확장 될 것을 이해원자 동위 원소와 동위 원소를 idual.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
모든 저자는 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.
Acknowledgments
저자는 이원자 분자 라인 강도의 계산에 대한 관심과 논의 씨 JO Hornkohl 감사합니다. 이 작품은 부분적으로 테네시 우주 연구소의 대학의 레이저 응용 프로그램을위한 센터에 의해 지원된다.
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. Computation of AlO emission spectra. Spectrochim. Acta Part A. 81, 404-411 (2011).
- 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).
