Summary
समय हल परमाणु और द्विपरमाणुक आणविक प्रजातियों LIBS का उपयोग कर मापा जाता है. स्पेक्ट्रा एन डी के साथ ऑप्टिकल टूटने प्लाज्मा की पीढ़ी निम्नलिखित विभिन्न समय देरी पर एकत्र कर रहे हैं: YAG लेजर विकिरण और इलेक्ट्रॉन घनत्व और तापमान का अनुमान लगाने के लिए विश्लेषण कर रहे हैं.
Abstract
इस काम में, हम लेजर प्रेरित ऑप्टिकल टूटने के बाद परमाणु और द्विपरमाणुक स्पेक्ट्रा का समय हल माप उपस्थित थे. एक ठेठ LIBS व्यवस्था प्रयोग किया जाता है. 1,064 एनएम का मौलिक तरंग दैर्ध्य में 10 हर्ट्ज की एक आवृत्ति पर YAG लेजर: यहाँ हम एक एन डी कार्य करते हैं. 190 MJ / नाड़ी की anenergy साथ 14 nsec दालों ऑप्टिकल टूटने या हवा में लेजर पृथक से एक प्लाज्मा उत्पन्न करने के लिए एक 50 माइक्रोन स्थान आकार के लिए ध्यान केंद्रित कर रहे हैं. microplasma एक 0.6 मीटर स्पेक्ट्रोमीटर के द्वार भट्ठा पर imaged है, और स्पेक्ट्रा एक एक तेज रैखिक डायोड सरणी झंझरी 1,800 खांचे / मिमी और ऑप्टिकल मल्टीचैनल विश्लेषक (OMA) या एक ICCD का उपयोग कर दर्ज कर रहे हैं. ब्याज की इलेक्ट्रॉन घनत्व अनुमान करने हाइड्रोजन बामर श्रृंखला का स्टार्क-चौड़ी परमाणु लाइनें हैं. हम भी एल्यूमीनियम मोनोऑक्साइड (एएलओ) के द्विपरमाणुक उत्सर्जन स्पेक्ट्रा से तापमान माप पर प्रकाश डालेंगे, कार्बन (सी 2), विषैली गैस (सीएन), और टाइटेनियम मोनोऑक्साइड (TiO).
प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं में शामिल हैं, wavelength और संवेदनशीलता calibrations. दर्ज आणविक स्पेक्ट्रा विश्लेषण सारणीबद्ध लाइन ताकत के साथ डेटा की फिटिंग द्वारा पूरा किया है. इसके अलावा, मोंटे कार्लो प्रकार सिमुलेशन त्रुटि मार्जिन में अनुमान लगाने के लिए प्रदर्शन कर रहे हैं. समय हल माप सामान्यतः libs में सामना करना पड़ा क्षणिक प्लाज्मा के लिए आवश्यक हैं.
Introduction
लेजर प्रेरित टूटने स्पेक्ट्रोस्कोपी (LIBS) तकनीक 1-5 परमाणु 6-12 में अनुप्रयोगों और लेजर विकिरण से उत्पन्न प्लाज्मा 13-20 की आणविक अध्ययन किया है. समय हल स्पेक्ट्रोस्कोपी प्लाज्मा की क्षणिक विशेषताओं का निर्धारण करने के लिए आवश्यक है. नाम लेकिन दो प्लाज्मा मापदंडों के तापमान और घनत्व इलेक्ट्रॉन, प्लाज्मा टूटने का एक उचित सैद्धांतिक मॉडल उपलब्ध है, बशर्ते मापा जा सकता है. आणविक और परमाणु उत्सर्जन से मुक्त इलेक्ट्रॉन विकिरण की जुदाई हमें सही क्षणिक घटना का पता लगाने के लिए अनुमति देता है. एक विशिष्ट अस्थायी खिड़की पर ध्यान केंद्रित करके, एक प्लाज्मा क्षय "फ्रीज" और इस तरह सही स्पेक्ट्रोस्कोपी उँगलियों के निशान प्राप्त कर सकते हैं. LIBS आवेदनों की एक किस्म है और क्षेत्र में प्रकाशित शोधकर्ताओं की संख्या से मापा जब हाल ही में LIBS निदान में रुचि काफी वृद्धि को दर्शाता है. पिको और femtosecond उत्पन्न microplasma जारी की हैअनुसंधान ब्याज, हालांकि, ऐतिहासिक प्रयोगात्मक LIBS व्यवस्था nanosecond लेजर विकिरण का उपयोग.
चित्रा 1 लेजर प्रेरित टूटने स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए एक ठेठ प्रयोगात्मक व्यवस्था को प्रदर्शित करता है. इस प्रोटोकॉल के लिए, प्रारंभिक बीम के लिए कार्यात्मक टूटने ऊर्जा 1,064 एनएम की अवरक्त तरंगदैर्ध्य, 75 एम.जे. नाड़ी के आदेश पर है. जरूरत के रूप में यह नाड़ी ऊर्जा समायोजित किया जा सकता है. . प्लाज्मा स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा फैलाया और एक तेज 2 आयामी चार्ज कपल्ड डिवाइस (ICCD) पर imaged वैकल्पिक रूप से एक तेज रैखिक डायोड सरणी और OMA या, के साथ मापा जाता है चित्रा 2 समय हल प्रयोगों के लिए समय आरेख दिखाता है: स्पंदित के तुल्यकालन readout, लेजर पल्स ट्रिगर, लेजर आग, और फाटक खुला देरी से लेजर विकिरण.
सफल समय हल स्पेक्ट्रोस्कोपी विभिन्न अंशांकन प्रक्रियाओं की आवश्यकता है. इन प्रक्रियाओं वापस, तरंग दैर्ध्य अंशांकन शामिलभूमि सुधार, और सबसे महत्वपूर्ण बात, डिटेक्टर की संवेदनशीलता सुधार. संवेदनशीलता डेटा मापा और मॉडलिंग की स्पेक्ट्रा की तुलना के लिए महत्वपूर्ण हैं सुधारा. संकेत करने वाली शोर अनुपात की वृद्धि के लिए, कई लेजर प्रेरित टूटने की घटनाओं दर्ज हैं.
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Protocol
1. ऑप्टिकल सिस्टम सेटअप
- 1,064 एनएम तरंगदैर्ध्य के प्रकाश के माध्यम से पारित करने के लिए और एक बीम डंप में सभी अन्य क्षणिक लेजर विकिरण को प्रतिबिंबित करने के लिए अनुमति लेजर के बाहर निकलने पर एक बीम फाड़नेवाला रखें.
- बीम फाड़नेवाला से परिलक्षित लेजर विकिरण के एक हिस्से को रिकॉर्ड करने के लिए एक उच्च गति पिन photodiode डिटेक्टर रखें. YAG लेजर डिवाइस: समारोह जनरेटर और एन डी में क्यू स्विचिंग की घटना से ट्रिगर करने के लिए सम्मान के साथ ऑप्टिकल नाड़ी की निगरानी के लिए समाक्षीय केबल के साथ आस्टसीलस्कप के लिए इस डिटेक्टर से कनेक्ट करें.
- स्पेक्ट्रोमीटर का भट्ठा को किरण समानांतर स्थित करने के लिए तीन आईआर चिंतनशील दर्पण संरेखित करें.
- स्पेक्ट्रोमीटर भट्ठा करने के लिए ऑप्टिकल टूटने प्लाज्मा समानांतर उत्पन्न करने के क्रम में बीम ध्यान केंद्रित करने के लिए translational मंच के ऊपर एक लेंस स्थिति. भट्ठा पर प्लाज्मा इमेजिंग के उद्देश्य के लिए दो क्वार्ट्ज लेंस समायोजित करें. दो ध्यान केंद्रित लेंस बेहतर अंतिम लेंस एक कोल है, जिसका अर्थ है स्पेक्ट्रोमीटर डिजाइन मैचस्पेक्ट्रोमीटर के आंतरिक दृष्टि से एफ # के साथ वायुसेना # समान पूरा करने के लिए संरचना.
- 380 एनएम ऊपर माप के लिए, एक कट पर फिल्टर दो लेंस के बीच 380 एनएम से नीचे विकिरण को अवरुद्ध करने के उद्देश्य के लिए स्थान. कटौती पर फिल्टर मापा स्पेक्ट्रा के लिए (कारण झंझरी के 2 आदेश के लिए) संभव यूवी योगदान को दबा.
2. डाटा अधिग्रहण सेटअप
- 10 हर्ट्ज प्राप्त करने के लिए एक कस्टम बनाया डिवाइड ने पांच सर्किट के लिए 50 हर्ट्ज पर एक त्रिकोणीय तरंग उपलब्ध कराने के एक लहर फार्म समारोह जनरेटर से कनेक्ट करें. ऑप्टिकल मल्टीचैनल विश्लेषक (OMA) 50 हर्ट्ज और एन डी की फ्लैश दीपक पर चलाया जा रहा है: YAG लेजर synchronously 10 हर्ट्ज पर संचालित कर रहे हैं. एक के रूप में अच्छी तरह से स्पंदित लेजर विकिरण की दर से synchronously संचालन, OMA की जगह में एक ICCD उपयोग कर सकते हैं.
- एक डिजिटल देरी जनरेटर के लिए कस्टम बनाया डिवाइड ने पांच सर्किट के आउटपुट में से एक से कनेक्ट करें. ऑन करने के लिए YAG फ्लैश दीपक और एक अन्य उत्पादन: एन डी सिंक्रनाइज़ करने के लिए एक उत्पादन का प्रयोग करेंrol रैखिक डायोड सरणी intensifier और ऑप्टिकल मल्टीचैनल विश्लेषक का हो सके. फिर, बजाय तेज रैखिक डायोड सरणी और OMA में से एक एक ICCD उपयोग कर सकते हैं.
- एक आस्टसीलस्कप के लिए और एक पल्स जनरेटर के लिए लेजर उपकरण की समायोज्य ट्रिगर उत्पादन रिले. स्पंदित लेजर विकिरण ऑप्टिकल टूटने पीढ़ी या लेजर पृथक के लिए उपलब्ध हो जाएगा जब आस्टसीलस्कप पर नजर रखने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा.
- तेज रैखिक डायोड सरणी के लिए डिजिटल पल्स जनरेटर की उच्च वोल्टेज उत्पादन में कनेक्ट.
- आस्टसीलस्कप को पल्स जनरेटर के अन्य उत्पादन में कनेक्ट.
- OMA को तेज रैखिक डायोड सरणी उत्पादन में कनेक्ट.
3. तुल्यकालन और मापन
- उत्पादन करने के लिए 50 ± 1 हर्ट्ज पर परिचालन एक त्रिकोण नाड़ी लहर फार्म समारोह जनरेटर सेट. इस समारोह जनरेटर मास्टर आवृत्ति प्रदान करता है. एक कस्टम निर्मित विभाजन ने पांच सर्किट और एक डिजिटल देरी जनरेटर एसी के लिए उपयोग किया जाता हैतुल्यकालन उपपादरी.
- पानी ठंडा करने प्रणाली और लेजर उपकरण के लिए बिजली की आपूर्ति शुरू करें. लेजर को सक्रिय करें.
- एन डी के बाहर निकलने एपर्चर से यात्रा करने के लिए लेजर विकिरण के लिए समय का निर्धारण इस प्रकार है: स्पेक्ट्रोमीटर भट्ठा के सामने क्षेत्र में YAG लेजर: प्रकाश पथ की दूरी को मापने और गति के प्रकाश का उपयोग पारगमन समय की गणना. अगले चरण में गेट देरी समय सेटिंग में इस पारगमन समय के लिए खाते.
- डिजिटल पल्स जनरेटर पर, माप और ऑप्टिकल टूटने या लेजर पृथक नाड़ी से देरी समय के लिए गेट चौड़ाई सेट, और देरी समय पर नजर रखने के आस्टसीलस्कप का उपयोग करें. देरी समय टूटने होने के बाद डेटा संग्रह के लिए प्रतीक्षा करने के लिए कितनी देर का निर्धारण करेगा. फाटक की चौड़ाई डायोड सरणी प्लाज्मा विकिरण के संपर्क में है कितनी देर तक निर्धारित करता है.
- हवा में ऑप्टिकल टूटने पैदा करते हैं और / या पृथक घटित होगा कि इस तरह के translational मंच पर एक नमूना जगह है. छवि स्पेक्ट्रोमीटर भट्ठा पर microplasma.
- तेज रैखिक डायोड सरणी और ऑप्टिकल मल्टीचैनल विश्लेषक (या एक ICCD के साथ) के साथ माप और रिकॉर्ड डेटा शुरू करो.
4. वेवलेंथ कैलिब्रेशन
- नीयन, पारा, और हाइड्रोजन लैंप: मानक अंशांकन दीपक से रिकॉर्ड स्पेक्ट्रा. प्लाज्मा उत्पन्न किया गया था जहां जगह में डाल दीपक के साथ प्रयोगात्मक व्यवस्था का प्रयोग करें.
- दीपक से जाना जाता तरंग दैर्ध्य का उपयोग करना, पिक्सेल तरंगदैर्ध्य पत्राचार प्राप्त करने के लिए एक रेखीय या घन फिट करते हैं. एक सटीक अंशांकन का उद्देश्य आम तौर पर स्पेक्ट्रा की माप के साथ जुड़े रहे हैं nonlinearities के लिए सही करने के लिए है.
- एच, सी 2, सीएन, और ब्याज की TiO वर्णक्रमीय क्षेत्रों के लिए calibrations दोहराएँ.
5. तीव्रता कैलिब्रेशन
- एक टंगस्टन अंशांकन दीपक पर मुड़ें और यह गर्म करने के लिए प्रतीक्षा करें.
- सक्रिय दीपक के तापमान को मापने के लिए एक ऑप्टिकल पाइरोमीटर का प्रयोग करें.
- अनुसंधान के लिए प्रयोगात्मक व्यवस्था का प्रयोग करेंसक्रिय दीपक के स्पेक्ट्रम ECORD.
- एक इनपुट पैरामीटर के रूप में मापा तापमान का उपयोग तख़्त के विकिरण कानून से एक काले वक्र कंप्यूट.
- सक्रिय दीपक के स्पेक्ट्रम के लिए गणना वक्र फिट. कारकों का निर्धारण जिसके द्वारा गणना की अवस्था से दर्ज की तीव्रता. डिटेक्टर की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर संवेदनशीलता के लिए दर्ज स्पेक्ट्रा सही करने के लिए उन कारकों को लागू करें.
- स्पेक्ट्रोमीटर इस्तेमाल किया गया था प्रत्येक क्षेत्र के लिए इस दोहराएँ.
6. आंकड़ा अंतरण
- फ़ाइल स्थानान्तरण के लिए मध्यम तैयार.
- प्रत्येक डेटा माप के लिए, मध्यम पर यह रिकॉर्ड है.
- इस माध्यम का लो और एक काम कंप्यूटर के लिए उस पर फाइल अपलोड.
7. तैयारी फ़ाइल
- प्रत्येक फ़ाइल के लिए, वर्गों में दर्ज आंकड़ों से युक्त एक, और शुरू तरंगदैर्ध्य और डेटा बिंदु प्रति औसत तरंगदैर्ध्य पारी को निर्दिष्ट करने के लिए दूसरों को पार्स.
- मैच के लिए एक नई फ़ाइल बनाने के लिए इन वर्गों का प्रयोग करेंदर्ज आंकड़ों के साथ तरंग दैर्ध्य.
8. द्विपरमाणुक आणविक विश्लेषण
- तरंगदैर्ध्य फ़ाइल और इसी लाइन ताकत फ़ाइल का चयन करें.
- ऑफसेट आधारभूत चयन करें.
- ऑफसेट, स्थिर रेखीय, या द्विघात है कि क्या निर्धारित करें.
- इसी गुणांक निश्चित या चर मानों या तो पर सेट करें.
- निश्चित या विभिन्न या तो किया जा सकता है, जो दोनों के संकल्प और तापमान, सेट करें.
- मापा स्पेक्ट्रा के लिए फिट होने के लिए सिंथेटिक स्पेक्ट्रा के लिए फिट की सहिष्णुता सेट करें.
- एक Nelder-मीड कलन विधि का उपयोग प्रयोगात्मक स्पेक्ट्रा के लिए गणना फिट.
- प्रत्येक माप के लिए गणना स्पेक्ट्रा की सबसे अच्छी फिटिंग मापदंडों का उपयोग, इस्तेमाल किया विभिन्न समय देरी और फाटक widths में मनाया microplasma मापदंडों का अनुमान लगा.
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Representative Results
LIBS पर्याप्त प्लाज्मा के लिए फार्म का एक नमूना योण बनाना स्पंदित लेजर विकिरण का इस्तेमाल करता. ठोस सतहों पर लेजर पृथक नमूना की सतह से ऊपर प्लाज्मा का उत्पादन होगा जबकि गैसीय पदार्थों के लेजर प्रेरित टूटने, उत्तेजना बीम का केन्द्र क्षेत्र के बारे में केंद्रित है कि प्लाज्मा पैदा करेगा. प्लाज्मा nanosecond टूटने दालों के लिए 100 गीगावॉट / 2 सेमी के आदेश पर ऑप्टिकल विकिरण ध्यान केंद्रित करके उत्पन्न होता है. , लेजर पृथक प्लाज्मा का उत्पादन करने के लिए आम तौर पर 1 गीगावॉट / 2 सेमी पर्याप्त से अधिक है. प्रेरित प्लाज्मा विकिरण एक स्पेक्ट्रोमीटर से छितरी हुई है. केवल ऑप्टिकल टूटने से विशिष्ट देरी समय के लिए, परमाणु और द्विपरमाणुक स्पेक्ट्रा अच्छी तरह से विकसित कर रहे हैं. 3-7 प्रतिनिधि परिणाम उदाहरण देकर स्पष्ट आंकड़े.
फ्री इलेक्ट्रॉन पृष्ठभूमि विकिरण घटता के रूप में जल्दी प्लाज्मा क्षय में, परमाणु लाइनों विकसित. बाद में, मुख्य रूप से पुनर्संयोजन, आणविक स्पेक्ट्रा दर्ज किया जा सकता है. Experimen मेंटीएस, रैखिक डायोड सरणी के intensifier सही ट्रिगर किया जाना चाहिए. वैकल्पिक रूप से, एक ICCD सही रूप में अच्छी तरह से ट्रिगर किया जाना चाहिए. प्राप्त आंकड़ों टूटने घटना से एक सटीक देरी समय पर योगदान से बना रहे हैं तो यह ट्रिगर (या समय), लगातार होने चाहिए. बाद में, OMA तेज रैखिक डायोड सरणी और स्टोर डाटा से संकेत digitizes. एक ICCD के लिए, समय भी उतना ही महत्वपूर्ण है और डेटा इसी संग्रहीत किया जाता है. तेज रैखिक डायोड सरणी के साथ प्रयोगों में, OMA रिकॉर्ड केवल पांच स्कैन के पहले, दूसरे चार शेष स्कैन बेमानी हैं लेकिन लगातार स्कैन अनदेखी कर रहे हैं. चित्रा 2 प्रतिनिधि सरणी परिणाम प्राप्त कर रहे रैखिक डायोड तेज दिखाता है कि कैसे.
परमाणु प्रजातियों के संबंध में जांच के लिए, परमाणु लाइनों वर्णक्रमीय लाइनों 'आकार और चौड़ाई के संबंध में अध्ययन कर रहे हैं. मापा परमाणु लाइन आकार और चौड़ाई इसी की तुलना में कर रहे हैंसैद्धांतिक मॉडल. यह तुलना एक प्लाज्मा मनाया क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन घनत्व निर्धारित करने के लिए अनुमति देता है. द्विपरमाणुक आणविक स्पेक्ट्रा की जांच में, आम तौर पर कई वर्णक्रमीय लाइनों कई आणविक बैंड के लिए योगदान करते हैं. प्रत्येक माप के लिए, स्पेक्ट्रा आकार, चौड़ाई, और आणविक बैंड में निहित व्यक्तिगत लाइनों के रिश्तेदार तीव्रता के संबंध में विश्लेषण कर रहे हैं. मापा और गणना स्पेक्ट्रा की तुलना एक साथ साहित्य में उपलब्ध हैं कि उच्च संकल्प वर्णक्रम डेटा के साथ द्विपरमाणुक क्वांटम सिद्धांत से व्युत्पन्न लाइन ताकत का इस्तेमाल करता है. यह तुलना एक प्लाज्मा मनाया क्षेत्र में द्विपरमाणुक अणुओं के एक उत्तेजना तापमान अनुमान करने की अनुमति देता है. फिटिंग एक मापा स्पेक्ट्रा के लिए एक Multiparameter, गणना स्पेक्ट्रा के nonlinear फिट प्रदर्शन करने की अनुमति देता है, एक Nelder-मीड एल्गोरिथ्म के साथ पूरा किया है. बाद में, परिणाम द्विपरमाणुक आणविक और परमाणु लाइन स्पेक्ट्रा कि पता चयनित प्रयोगों के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं. p>
चित्रा 3 मापा और फिट TiO स्पेक्ट्रा दिखाता है. TiO पंख के कुछ क्षेत्रों में जब इमेजिंग, समय बनाम फिट तापमान एक स्थानीय न्यूनतम दिखाता है. यह न्यूनतम दहन करने के लिए संभवतः कारण है.
हाइड्रोजन स्पेक्ट्रा के लिए प्राथमिक विश्लेषण उद्देश्य हाइड्रोजन अल्फा और हाइड्रोजन बीटा लाइनों के लिए समय हल स्पेक्ट्रा से इलेक्ट्रॉन घनत्व और तापमान को निर्धारित करने के लिए है. आंकड़ा 4 भट्ठा ऊंचाई के साथ दर्ज की गई हाइड्रोजन अल्फा के प्रोफाइल से पता चलता है. जैसे नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के रूप में प्रयोगशाला हवा प्रजातियों हाइड्रोजन अल्फा लाइनों प्रारंभिक ऑप्टिकल टूटने घटना के बाद उभरने के कारण. हाइड्रोजन अल्फा लाइन का विकास 0.4 μsec ऊपर ऑप्टिकल टूटने के बाद μsec 30 तक के समय में देरी के लिए जांच की है. हाइड्रोजन अल्फा आंकड़ा भी संकेत दिया भट्ठा अक्ष के बीच निकट चित्रा में प्रदर्शित प्लाज्मा के केंद्र में एक उच्च घनत्व इलेक्ट्रॉन, इंगित करता है.
jove_content "> सी 2 अणु इसकी सबसे कम घूर्णी स्तरों तापमान परिवर्तन के प्रति संवेदनशील हैं कि पता चलता है, और उच्च घूर्णी स्तरों के आसपास के गैस घनत्व और विकिरण क्षेत्र के प्रति संवेदनशील हैं. हवा में लेजर पृथक निम्नलिखित 5 प्रदर्शित करता है एक ठेठ मापा और फिट परिणाम चित्रा. विश्लेषण कार्बन हंस स्पेक्ट्रा सी 2 और के गठन को समझने के प्रयास में कारण पुनर्संयोजन सी 2 के गठन का अध्ययन शामिल की सीएन graphene के लेजर पृथक निम्नलिखित. दर्ज की गई और सीएन स्पेक्ट्रा फिट 6 से पता चलता है, और आंकड़ा भी साथ उत्कृष्ट समझौते से पता चलता है सिद्धांत. गणना स्पेक्ट्रा के साथ अच्छी तरह से प्रयोगात्मक स्पेक्ट्रा मैच, और ठोस समझौते सी 2 स्पेक्ट्रा की तरह, एल्यूमीनियम मोनोऑक्साइड शो के रोटेशन / कंपन स्पेक्ट्रा कुएं में ऊंचा तापमान के लिए आणविक बैंड विकसित की है. अनुगामी समाप्त होता है और बैंड सिर में देखा जा सकता है खस्ताहाल लेजर प्रेरित microplasma. Figurई 7 शो मापा और आलो स्पेक्ट्रा सज्जित. आलो एल्यूमीनियम का दहन में एक प्रारंभिक उत्पाद है, स्पेक्ट्रोस्कोपी पढ़ाई आलो मुख्य रूप से तापमान निर्धारण के लिए, एल्यूमीनियम दहन पढ़ाई में आवेदन किया है.
. चित्रा 1 योजनाबद्ध व्यवस्था निम्नलिखित प्रयोगात्मक घटकों को दर्शाता है: (1) बीम फाड़नेवाला 1,064 एनएम लेजर विकिरण के एक छोटे से हिस्से से ध्यान हटाने के लिए, (2) इन्फ्रारेड चिंतनशील दर्पण खड़ी स्पेक्ट्रोमीटर के सामने बीम संरेखित, (3) लेंस को (4) स्टार ऑप्टिकल टूटने या लेजर पृथक प्लाज्मा का प्रतीक है;, ऑप्टिकल टूटने के लिए एक तंग जगह पर बीम ध्यान केंद्रित करने और (5) दो लेंस मैच के लिएस्पेक्ट्रोमीटर की प्रकाशिकी केंद्रित थी. सिंक बॉक्स, लहर, और देरी जनरेटर लेजर की इलेक्ट्रॉनिक तुल्यकालन पूरा और रैखिक डायोड सरणी और OMA (या ICCD) ऑपरेटिंग आवृत्तियों तेज हो गया. photodiode, पल्स जनरेटर, और आस्टसीलस्कप एक सही नियंत्रित और libs के लिए माप खिड़की पर नजर रखने के लिए अनुमति देते हैं. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 2. समय हल LIBS माप के लिए समय आरेख. OMA सिंक और लेजर फ्लैश दीपक सिंक एक लहर और देरी जनरेटर और कस्टम निर्मित circuitry द्वारा प्रदान की जाती हैं. लेजर पल्स ट्रिगर और आग पल्स एन डी द्वारा प्रदान की जाती है: YAG लेजर डिवाइस एक साथ क्यू स्विच के साथ डेलनियंत्रण प्र. YAG लेजर निर्माता: एक अतिरिक्त pretrigger, इलेक्ट्रॉनिक पल्स () नहीं दिखाया भी एन डी द्वारा प्रदान की जाती है. इस pretrigger हमें सही और कुशलता से OMA / ICCD प्रणाली के डिटेक्टर गेट देरी को नियंत्रित करने के लिए अनुमति देता है. OMA readout 4 बाद में लेकिन ध्यान नहीं दिया readout स्कैन सहित डायोड सरणी, का प्रदर्शन करने के लिए बाद में होता है. एक नाड़ी प्रयोगों के लिए, व्यक्तिगत OMA readouts स्मृति में अलग से जमा कर रहे हैं. 100 स्कैन औसत माप के लिए, OMA readout स्कैन गयी और फिर जमा हो जाती है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 3. मापा और सिंथेटिक उत्सर्जन स्पेक्ट्रा दिखाने TiO 3 → एक्स 3 Δ Δ वी 0 = संक्रमण. मापा डेटा 2 μsec का एक गेट चौड़ाई के साथ टी देरी = 95 μsec की देरी समय में तेज रैखिक डायोड सरणी के साथ एकत्र किया गया था. मापा स्पेक्ट्रा गणना स्पेक्ट्रा FWHM की एक वर्णक्रमीय संकल्प = 0.09 एनएम और एक अनुमानित तापमान टी के लिए इसी के साथ फिट है = 3300 लालकृष्ण बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 4. हाइड्रोजन बामर अल्फा लाइन एक्स 10 5 1.07 पा गैसीय हाइड्रोजन में दर्ज की गई. 1,000 लगातार ऑप्टिकल टूटने की घटनाओं का उत्सर्जन जिले थेस्पेक्ट्रोमीटर के साथ persed और एक ICCD, ऑप्टिकल टूटने से 0.042 μsec और स्थानिक स्पेक्ट्रोमीटर भट्ठा ऊंचाई के साथ सुलझाया साथ एकत्र. इस बार देरी के लिए, अधिकतम इलेक्ट्रॉन संख्या घनत्व 0.32 x 10 25 इलेक्ट्रॉनों / 3 मीटर है, और अधिकतम Hα लाल पारी 1.2 एनएम के बराबर है. हाइड्रोजन अल्फा और बीटा लाइनों के व्यक्तिगत स्पेक्ट्रा Parigger 6 में उदाहरण के लिए सचित्र हैं. हवा में टूटने के बाद हाइड्रोजन अल्फा और बीटा लाइनों की रिकॉर्डिंग इस जौव प्रकाशन के दस्तावेजी वीडियो का हिस्सा है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 5. सी 2 हंस SPECTआरए एक समय में देरी टी देरी = 20 μsec पर तेज रैखिक डायोड सरणी के साथ एकत्र किए गए 1 μsec का एक गेट चौड़ाई का उपयोग कर. मापा स्पेक्ट्रम 0.07 से एक FWHM वर्णक्रमीय संकल्प के लिए गणना स्पेक्ट्रा के साथ फिट किया गया था एनएम और टी = 5600 कश्मीर के तापमान inferred है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 6. सीएन बी 2 ε + → एक्स 2 ε + बैंगनी संक्रमण टी देरी = 70 μsec के समय में देरी पर तेज रैखिक डायोड सरणी के साथ दर्ज की गई थी के साथ एक4 μsec के गेट चौड़ाई. मापा स्पेक्ट्रम 0.09 से एक FWHM वर्णक्रमीय संकल्प का उपयोग अभिकलन स्पेक्ट्रा के साथ फिट है एनएम. अनुमानित तापमान टी = 6600 के.एच. है बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 7. Δ = 0 बदलाव के लिए आलो बी 2 ε + → एक्स 2 ε + द्विपरमाणुक स्पेक्ट्रा 5 μsec का एक गेट चौड़ाई का उपयोग टी delayn = 45 μsec की एक समय में देरी पर तेज रैखिक डायोड सरणी के साथ एकत्र किए गए थे. सज्जित स्पेक्ट्रा एक FWHM वर्णक्रमीय संकल्प का उपयोग कर रहे हैं अभिकलन0.09 से एनएम. टी = 3900 के लिए अनुमानित तापमान मात्रा में बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
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Discussion
माप प्रोटोकॉल और प्रतिनिधि परिणाम सुलझाया समय आगे यहाँ चर्चा कर रहे हैं. यह तेज रैखिक डायोड सरणी और OMA (या ICCD) का 50 हर्ट्ज ऑपरेटिंग आवृत्ति के साथ 10 हर्ट्ज की दर से उत्पन्न लेजर दालों, सिंक्रनाइज़ करने के लिए महत्वपूर्ण है. इसके अलावा, लेजर दालों और तेज रैखिक डायोड सरणी (या वैकल्पिक रूप से ICCD) के गेट के उद्घाटन के सही समय के लिए आवश्यक है. प्रयोगात्मक योजनाबद्ध में संकेत लहर जनरेटर,, लेजर दालों सिंक्रनाइज़ करने के लिए इस्तेमाल किया और ऑप्टिकल मल्टीचैनल विश्लेषक के साथ पूरा किया है कि रैखिक डायोड सरणी readout तेज है. एक पल्स जनरेटर माप के लिए समय की देरी को समायोजित करने के लिए उपयोग किया जाता है.
Intensifier फाटक खुली खिड़की में केंद्रित लेजर पल्स के अस्थायी ओवरलैप प्रारंभिक शून्य समय में देरी, = 0 टी देरी से मेल खाती है. उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के अस्थायी विकास, से समय में देरी का निर्धारण करने के प्रयास मेंऑप्टिकल टूटने विविध है. प्रारंभिक प्लाज्मा के बाद 0.4 μsec उत्पन्न होता है जब तक उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन अल्फा लाइन हवा टूटने की घटनाओं में नहीं देखा जा सकता. उत्सर्जन स्पेक्ट्रा का माप भी तरंगदैर्ध्य और तीव्रता calibrations की आवश्यकता होती है. इन calibrations विश्लेषण के लिए आवश्यक हैं.
LIBS माप के लिए, इस तरह के तिवारी के रूप में धातु के नमूने ablating से प्लाज्मा विकास देख, ब्याज की द्विपरमाणुक बदलाव की तरंगदैर्ध्य रेंज में मौजूद अक्सर कई परमाणु लाइनें हैं. ये लाइनें भी बाद में देरी, समय पर एकत्र हुए स्पेक्ट्रा में लगातार हो सकता है. हालांकि, इन लाइनों में से कुछ स्पेक्ट्रोमीटर में फैलानेवाला झंझरी के दूसरे क्रम में होते हैं. एक कम पास फिल्टर का उपयोग इस तरह के दूसरे क्रम के योगदान को ब्लॉक करने के लिए फायदेमंद है.
डेटा संग्रह की प्रक्रिया महत्वपूर्ण हैं, फिटिंग के लिए इस्तेमाल किया तरीकों एक समान योग्यता पकड़. तापमान अनुमान बदलती की फिटिंग सिंथेटिक स्पेक्ट्रा द्वारा पूरा कर रहे हैंएक Nelder-मीड कलन विधि का उपयोग इकट्ठा स्पेक्ट्रा को microplasma मापदंडों. स्पेक्ट्रा की पृष्ठभूमि सही पहचाना जा सकता है जब इस प्रक्रिया की विश्वसनीयता को बहुत बढ़ाया है. इस संदर्भ में, शब्द पृष्ठभूमि ब्याज की परमाणु या आणविक संक्रमण के लिए छोड़कर दर्ज स्पेक्ट्रा में सब कुछ करने के लिए संदर्भित करता है. इस पृष्ठभूमि के प्रभाव यों, दर्ज आंकड़ों द्विपरमाणुक आणविक स्पेक्ट्रा से inferred अनुमानित तापमान पर उनके प्रभाव के संबंध में शोर अनुपात करने के लिए संकेत का विश्लेषण करके जांच कर रहे हैं. इस जांच मोंटे कार्लो प्रकार सिमुलेशन का उपयोग करके मदद की है.
लघु गेट समय हल माप के महत्व को निश्चित रूप से अत्यधिक उत्तेजित परमाणु और आणविक स्पेक्ट्रा कब्जा करने की क्षमता भी शामिल है. हाइड्रोजन बामर अल्फा लाइन के लिए, 6 nsec फाटक के उपयोग के ऊपर लगभग 10 से 25/3 मीटर तक इलेक्ट्रॉन घनत्व के सफल निर्धारण में हुई. द्विपरमाणुक आणविक उत्सर्जन सपा के लिएectra, 6000 कश्मीर से अधिक उत्तेजना तापमान nanosecond एन डी के साथ libs के लिए खास है: YAG लेजर विकिरण. एक intensifier के बिना, माप क्षणिक घटनाओं के दौरान दर्ज की गई समय में एक औसत का गठन होगा. समय में सचित्र फोटो एक लेजर प्रेरित प्लाज्मा की पीढ़ी और क्षय की जांच करने के लिए अनुमति देते हैं. एक, सिद्धांत रूप में, रिकॉर्ड बेहद उत्साहित आणविक स्पेक्ट्रा थोड़ा ऐसे प्लाज्मा मशालों के अध्ययन के रूप में उज्ज्वल लेजर प्रेरित प्लाज्मा, से विस्थापित कर सकते हैं. हालांकि, एक अत्यधिक उत्तेजित परमाणु प्रजातियों की माप सहित प्लाज्मा क्षय के प्रारंभिक गतिशीलता, कब्जा नहीं होगा.
लेजर प्रेरित ऑप्टिकल टूटने के बाद परमाणु और आणविक स्पेक्ट्रा की प्रयोगशाला माप के भविष्य अनुप्रयोगों मौलिक और आवेदन उन्मुख दोनों ब्याज का होना जारी है. परमाणु चौड़ाई लाइन की माप जल्दी प्लाज्मा क्षय में एक प्लाज्मा की स्थिति / मापदंडों का निर्धारण करने के लिए अनुमति देते हैं. चल रहे शोध प्रयासों सही मोड में शामिलस्टार्क को विस्तृत बनाने और / या लाइन आकार के लिंग. आणविक स्पेक्ट्रा, ब्याज की संक्रमण का सही ज्ञान के साथ साथ, शो, विशेष रूप से पहचान, लक्षण, और के निर्धारण के क्षेत्रों में आवेदनों की संख्या में वृद्धि हुई है, उदाहरण के लिए, विस्फोटक, दहन plumes, तारकीय वातावरण, या रासायनिक संरचना. समय हल स्पेक्ट्रोस्कोपी के तरीकों और अनुप्रयोगों लेजर विकिरण के साथ प्लाज्मा की पीढ़ी निम्नलिखित गतिशीलता स्थापित करने में महत्वपूर्ण हैं. ये गतिशीलता प्लाज्मा दोलनों की वजह से टकराव को लाइन आकार का परिवर्तन, उत्सर्जन के कारण पुनर्संयोजन विकिरण और / या दहन प्रक्रियाओं में शामिल हैं. निम्नलिखित ऑप्टिकल टूटने होती है कि प्रक्रियाओं के अस्थायी जुदाई क्षणिक घटना का निर्धारण करने के लिए महत्वपूर्ण है. हम कारण परमाणु प्रजातियों से विकिरण के मौलिक विश्लेषण की प्रारंभिक LIBS आवेदन दृढ़ता से अलग, व्यक्ति से विकिरण का विश्लेषण भी शामिल है कि आणविक प्रजातियों के माप द्वारा संवर्धित किया जाएगा समझते हैं किपरमाणु आइसोटोप और isotopomers idual.
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Disclosures
सभी लेखकों वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है कि घोषित.
Acknowledgments
लेखकों द्विपरमाणुक आणविक लाइन ताकत की गणना पर ब्याज और चर्चा के लिए श्री जो Hornkohl धन्यवाद. इस काम के हिस्से में टेनेसी अंतरिक्ष संस्थान विश्वविद्यालय में लेजर अनुप्रयोग के लिए केंद्र द्वारा समर्थित है.
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
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