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随着脉冲激光烧蚀技术在各相关研究领域日益广泛的应用,脉冲激光与固体靶材的相互作用机制越来越引起有关学者的兴趣,其中包括激光等离子体的形成,样品材料的表面烧蚀,不同成份的蒸发和激发等。这些过程与脉冲激光的性质(如能量、脉宽、波长和作用时间等)、样品的物理与化学特性、环境条件以及缓冲气体等诸多性质密切相关,非常复杂,人们往往采用改变作用条件的方法,诸如不同的激光波长、脉宽、强度、靶材料和环境气体的压强以及其他因素,对靶的烧蚀速率、产物的平均动能以及产物的光辐射规律等进行大量的研究,但目前这些了解尚不完全,烧蚀粒子的能量状态、时空行为及相关机制也有待进一步揭示和完善。本文通过激光烧蚀、同时外加电场等方法产生发射光谱,研究了金属Cu、Al等离子体的一些基本特征,主要内容有:
(1)激光诱导Cu产生等离子体的发射光谱研究在背景气体Ar气下激光诱导Cu产生等离子体,观察了其空间分辨发射光谱。采用的激光能量为350mJ/pulse,波长范围为440nm~540nm。在局部热力学平衡(LTE)条件下,根据谱线的相对强度,得到了等离子体的电子温度在104K以上。研究了原子发射谱线强度、电子温度和半高全宽(FWHM)随空间、缓冲气体压力变化的规律。结果表明,在100kPa的Ar气中和50kPa相比,铜的原子特征谱强度降低而连续谱强度增加,同时氩离子谱线强度也相应增加,同时缓冲气压的增大还导致谱线宽度的增大。
(2)外加电场下激光诱导Al产生等离子体的光谱研究由调Q-Nd:YAG脉冲激光(波长1.06μm,脉宽10ns)烧蚀Al靶产生等离子体。观测了在低气压和直流电场条件下的A1等离子体发射光谱。研究了直流电场下激光功率密度和外加电压对各谱线强度的影响,分析了谱线半高全宽与外加电压,等离子体电子温度与激光能量的变化规律。结果表明,直流电场对铝原子谱线强度有显著的增强,铝原子谱线的半高全宽与直流电场的外加电压基本上呈线性关系。