Medição e Análise de hidrogênio atômico e Diatomic AlO Molecular, C<sub> 2</sub>, CN, e TiO Spectra Following induzida por laser Breakdown Optical
Summary
Espécies moleculares e atômicas diatómicas resolvida no tempo são medidos utilizando LIBS. Os espectros são coletados em vários atrasos após a geração de plasma quebra óptico com Nd: YAG laser de radiação e são analisados para inferir densidade de elétrons e temperatura.
Abstract
Neste trabalho, apresentamos medidas resolvidas em tempo de espectros atômicos e diatômico seguinte composição óptica induzida por laser. Um arranjo típico de LIBS é usado. Aqui vamos operar um laser Nd: YAG com uma frequência de 10 Hz no comprimento de onda fundamental de 1.064 nm. Os 14 nsec pulsos com anenergy de 190 mJ / pulso estão focados para um tamanho 50 mM local para gerar um plasma de quebra óptico ou ablação a laser no ar. O microplasma é fotografada na fenda de entrada de um 0,6 m espectrômetro, e espectros são gravadas utilizando um 1800 ranhuras / mm ralar um arranjo de diodos linear intensificada e analisador multicanal óptico (OMA) ou um ICCD. De interesse são linhas atômicas Stark-ampliaram da série Balmer de hidrogênio para inferir a densidade de elétrons. Também elaborar medições de temperatura a partir de espectros de emissão de monóxido de alumínio diatômico (AlO), carbono (C 2), cianogênio (CN), e monóxido de titânio (TiO).
Os procedimentos experimentais incluem wavelength e calibrações de sensibilidade. A análise dos espectros molecular gravado é conseguido pelo ajuste dos dados com resistências de linha tabelados. Além disso, simulações de Monte-Carlo tipo são realizadas para estimar as margens de erro. Medições resolvida no tempo são essenciais para o plasma transitória comumente encontrado em LIBS.
Introduction
Espectroscopia de decomposição induzida por laser (LIBS) técnicas 1-5 têm aplicações em atômica 6-12 e estudos moleculares de plasma 13-20 gerado com a radiação laser. Espectroscopia resolvida no tempo é essencial para a determinação das características transientes do plasma. A temperatura ea densidade de elétrons, para citar apenas dois parâmetros do plasma, pode ser medido, desde um modelo teórico razoável da repartição plasma está disponível. Separação de radiação de elétrons livres de emissões atômicas e moleculares nos permite explorar de forma precisa fenômenos transitórios. Ao se concentrar em uma janela temporal, específico, pode-se "congelar" decadência plasma e assim obter as impressões digitais espectroscópicas precisos. LIBS tem uma variedade de aplicações e, recentemente, o interesse em LIBS-diagnóstico mostra um aumento considerável quando medido pelo número de investigadores publicação no campo. Pico e femtosegundo gerado microplasma é de contínuointeresse de pesquisa, no entanto, os arranjos LIBS historicamente experimentais utilizam radiação laser nanossegundo.
A Figura 1 mostra um arranjo experimental típico para espectroscopia de decomposição induzida por laser. Para este protocolo, a energia de quebra funcional para o feixe inicial é da ordem de 75 mJ de pulso, no comprimento de onda infravermelho de 1.064 nm. Esta energia de pulso pode ser ajustada conforme necessário. . Plasma é disperso pelo espectrómetro e medido com uma matriz linear intensificada diodo e OMA ou, alternativamente, trabalhada sobre um dispositivo 2-dimensional Charge Coupled Intensificado (ICCD) A Figura 2 ilustra o diagrama de temporização para experiências resolvida no tempo: a sincronização de impulsos radiação laser com leitura, gatilho pulso de laser, fogo laser, e demora portão aberto.
Espectroscopia resolvida no tempo bem sucedida requer vários procedimentos de calibração. Estes procedimentos incluem calibração de comprimento de onda, de voltacorrecção do solo e, mais importante, a correcção de sensibilidade do detector. Sensibilidade corrigir dados são importantes para a comparação dos espectros medidos e modelado. Para um aumento da razão sinal-para-ruído, múltiplos acontecimentos de degradação induzida por laser são gravadas.
Protocol
Representative Results
Discussion
O tempo resolveu protocolo de medição e resultados representativos são discutidos aqui. É importante sincronizar os pulsos de laser, gerada a uma velocidade de 10 Hz, com a frequência de funcionamento de 50 Hz de matriz linear intensificada diodo e OMA (ou ICCD). Além disso, o tempo exato de pulsos de laser e de abertura do portão da matriz intensificou linear diodo (ou, alternativamente, ICCD) é essencial. O gerador de onda, indicada no esquema experimental, é utilizado para sincronizar os pulsos de laser de d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem o Sr. JO Hornkohl para o interesse e discussão sobre computação de diatômicas pontos fortes da linha molecular. Este trabalho é em parte apoiada pelo Centro de Aplicações de Laser da Universidade de Tennessee Space Institute.
Materials
| 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. |
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