缓冲气压对CO2激光Al靶等离子体参量的影响

吴涛; 王新兵; 唐建; 饶志明; 王少义

doi:10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.021

缓冲气压对CO2激光Al靶等离子体参量的影响

1.
华中科技大学光电子科学与工程学院武汉光电国家实验室, 武汉 430074;
2.
武汉工程大学理学院, 武汉 430074

作者简介: 吴涛(1980-)，男，讲师，博士研究生，主要从事激光等离子体及应用方面的研究。.

通讯作者: 王新兵, xbwang@mail.hust.edu.cn ;

中图分类号: O539

Analysis of the properties of CO2 laser-induced aluminum plasma at different ambient pressures

1.
Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, School of Optoelectronic Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;
2.
School of Science, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430074, China

Corresponding author: WANG Xin-bing, xbwang@mail.hust.edu.cn ;

CLC number: O539

摘要: 为了研究缓冲气压对激光等离子体参量的影响,利用CO2,激光烧蚀A1靶产生等离子体,缓冲气压变化范围为10-4Pa～2103Pa,激光脉冲能量为180mJ/脉冲,在局域热平衡和光学薄等离子体假设下,采用发射光谱法计算了等离子体的电子温度和电子密度,并研究了缓冲气压对这些参量的影响。结果表明,等离子体的电子温度和电子密度分别在1.05eV～2.47eV与1.951016cm-3～10.5 1016cm-3范围内,Al等离子体的电子温度随气压的增大而减少;低缓冲气压时,电子密度随气压增大而减小,当气压达到600Pa时,激光脉冲会击穿空气形成等离子体,电子密度又开始上升,当气压超过3000Pa时,空气等离子体会屏蔽激光脉冲能量,使到达靶面的激光能量急剧下降,Al原子的特征谱线也随之减弱而几乎消失。这一结果对理解缓冲气压对激光与物质相互作用过程的影响是有帮助的。
- 激光技术 /
- 等离子体光谱 /
- 电子密度 /
- 电子温度
Abstract: In order to study the properties of laser-induced plasma at different ambient pressures, emission spectroscopy was studied on aluminum plasma generated by CO2 laser with energy of 180mJ/pulse at different air ambient pressures. The dependency of plasma temperature and density on ambient pressures were estimated from the analysis of spectral data by assuming the conditions of local thermodynamic equilibrium and optically thin plasma. Electron temperature was measured in the range of 1.05eV~2.47eV, and electron density was measured in the range of 1.95 1016cm-310.5 1016cm-3, as the ambient pressure was varied from 10-4Pa to 2 103Pa. The results show that the plasma temperature decreases with the ambient pressures. At first, the electron density decreases with the increase of ambient pressure under low pressure. When the pressure reaches 600Pa, the broken air plasma may interact with Al vapor and the electron density increases with the pressure increasing. For larger ambient pressure up to 3000Pa, the Al emission lines eventually disappear, suggesting that the laser energy is almost screened by the air plasma. The results provide useful guidance to understand the influence of air pressure on laser-matter interaction.
- laser technique /
- plasma spectroscopy /
- electron density /
- electron temperature

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