Ölçme ve Atomik Hidrojen ve iki atomlu moleküler AIO, C Analizi<sub> 2</sub>, CN, ve TiO Spectra takiben lazer kaynaklı Optik Dağılımı
Summary
Zaman çözülmesi atomik ve moleküler Diatomik türler LIBS kullanılarak ölçülür. Spektrumlar Nd optik arıza plazmanın nesil sonra çeşitli zaman gecikmeleri toplanır: YAG lazer ışını ve elektron yoğunluğu ve sıcaklık anlaması için analiz edilir.
Abstract
Bu çalışmada, lazerle endüklenmiş bir ışıksal bozulma aşağıdaki atom ve iki atomlu spektrumları zamana bağlı ölçümler mevcut. Tipik bir düzenleme, LIBS kullanılır. 1064 nm temel dalga boyunda 10 Hz'lik bir frekansta YAG lazer: Burada bir Nd çalışır. 190 mJ / nabız anenergy ile 14 NSEC darbeleri optik arıza veya hava lazer ablasyon bir plazma oluşturmak için 50 mikron spot büyüklüğü odaklanmıştır. Mikroplazma 0.6 m spektrometre giriş yarık üzerine görüntülü ve spektrumları bir yoğunlaştırılmış lineer diyot dizisi ızgara 1.800 oluklar / mm ve optik çok kanallı analizör (OMA) veya bir ICCD kullanılarak kaydedilir. Ilgi elektron yoğunluğunu anlaması için hidrojen Balmer serisinin Stark-genişletti atom çizgilerdir. Ayrıca alüminyum monoksit (AIO) ait iki atomlu emisyon spektrumları sıcaklık ölçümleri üzerinde durmak, karbon (C 2), siyanojen (CN) ve titanyum monoksit (TiO).
Deneysel prosedürleri içerir wavelength ve duyarlılık kalibrasyonları. Kaydedilen moleküler spektrumlarının analizi tablo satır güçlü olan verilerin takılması ile gerçekleştirilir. Dahası, Monte-Carlo tipi simülasyonları hata marjları tahmin yapılmaktadır. Zamana bağlı ölçümler LIBS sık karşılaşılan geçici plazma için gereklidir.
Introduction
Lazer kaynaklı arıza spektroskopisi (LIBS) teknikleri 1-5 atom 6-12 uygulamaları ve lazer radyasyonu ile oluşturulan plazmanın 13-20 moleküler çalışmalar var. Zaman çözüldü spektroskopisi plazmanın geçici özelliklerinin tespiti için gereklidir. Adı ancak iki plazma parametreleri sıcaklık ve elektron yoğunluğu, plazma arıza makul bir teorik bir model kullanılabilir Resim ölçülebilir. Atomik ve moleküler emisyonları serbest elektron radyasyon ayrılık bize doğru geçici fenomenleri keşfetmek sağlar. Belirli bir zamansal pencerede odaklanarak, bir plazma çürüme "dondurma" ve böylece doğru spektroskopik parmak izi elde edebilirsiniz. LIBS çeşitli uygulamalar vardır ve alanında yayıncılık araştırmacı sayısına göre ölçülen zaman yakın LIBS-teşhis faiz önemli bir artış göstermektedir. Pico ve femtosecond üretilen Mikoplazma devam ait değildirAraştırma ilgi, ancak, tarihsel deneysel KIBS düzenlemeler nanosaniye lazer radyasyonu kullanmaktadır.
Şekil 1, lazer kaynaklı arıza spektroskopisi için tipik bir deneysel düzenleme gösterir. Bu protokol için, başlangıç ışın için işlevsel analizi enerji 1064 nm kızılötesi dalga boyunda, 75 mJ darbenin mertebesindedir. Gerektiğinde bu darbe enerjisi ayarlanabilir. . Plazma spektrometresi ile dağıtılmış ve Yoğunlaştırılmış 2 boyutlu Charge Coupled Device (ICCD) üzerine görüntülenmiş alternatif olarak, yoğunlaştırılmış doğrusal bir diyot dizisi ve OMA veya, ile ölçülür Şekil 2 zamana bağlı deneyler için zamanlama diyagramı göstermektedir: darbe senkronizasyonu okuma, lazer darbe tetiklemeli, lazer yangın ve kapı açık gecikme ile lazer radyasyonu.
Başarılı zaman çözüme spektroskopisi çeşitli kalibrasyon prosedürleri gerektirir. Bu prosedürler geri, dalgaboyu kalibrasyonu dahilzemin düzeltme, ve en önemlisi, detektörün duyarlılık düzeltme. Duyarlılık veri ölçülür ve model spektrumlarının karşılaştırılması için önemlidir düzeltildi. Sinyal-gürültü oranının artması için, birden çok lazer kaynaklı arıza olayları kaydedilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ölçüm protokolü ve temsili sonuçlar çözülmesi zaman daha burada tartışılır. Bu yoğunlaştırılmış doğrusal diyot dizisi ve OMA (ya da ICCD) 'nin 50 Hz çalışma frekansı ile, 10 Hz bir hızda üretilen lazer darbeleri, senkronize edilmesi önemlidir. Bundan başka, lazer atımlarının ve yoğunlaştırılmış doğrusal diyot dizi (ya da seçenek olarak ICCD) kapısının açılması doğru zamanlama gereklidir. Deney şematik belirtilen dalga üreteci, lazer darbeleri senkronize etmek için kull…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Diatomik moleküler çizgi güçlü hesaplama faiz ve tartışma için Sayın JO Hornkohl teşekkür ederim. Bu çalışma kısmen Tennessee Uzay Enstitüsü Üniversitesi Lazer Uygulamaları Merkezi tarafından desteklenmektedir.
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. |
References
- Miziolek, A. W., Palleschi, V., Schechter, I. . Laser Induced Breakdown Spectroscopy. , (2006).
- Cremers, D. E., Radziemski, L. J. . Handbook of laser-induced Breakdown Spectroscopy. , (2006).
- Singh, J. P., Thakur, S. N. . Laser Induced Breakdown Spectroscopy. , (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. , (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., Nemes, L., Irle, S. Spectroscopy of Carbon Containing Diatomic Molecules. Spectroscopy, Dynamics and Molecular Theory of Carbon Plasmas and Vapor. , 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).
