第36卷，第5期 2016年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
激光诱导煤样等离子体的表征张贵银1，季慧1，李松涛1，郑海明2
1.华北电力大学数理系，河北保定071003 2.华北电力大学机械工程系，河北保定
071003
Vol. 36, No. 5 , pp1323-1327
May,2016
摘要以脉冲Nd·YAG激光器泵浦的光学参量发生/放大器输出为激发源，获得了一种家庭用煤样品的激光诱导等离子体（laser inducedplasma，LIP)发射光谱。谱线线型呈洛伦慈线型，表明等离子体加宽以 Stark展宽为主。利用发射谱线的Stark展宽和强度，通过测量等离子体不同位置的发射光谱，确定了等离子体温度和电子密度的空间分布，发现二者在垂直等离子体发光火焰方向相对火焰中心对称分布，沿发光火焰方向不具有对称分布的特点。发光火焰中心的等离子体温度和电子密度最大，且发光强度较大，因此利用光谱技术测量等离子体特征量时，宜采集火焰中心的发射光谱。样品中有些元素的发射谱线线型显示，等离子体中存在很强的自吸收现象，自吸收程度和激发波长及激光能量密切相关，激发波长接近谱线中心波长时，自吸收现象最明显；随微光能量的增加，发射光谱强度增加的同时，自吸收的程度也增大。把这些现象归因于原子跃迁概率的增大及激光强度增加引起的等离子体中粒子数密度的增大。自吸收现象导致实验观测到的发射谱线强度小于LIP的真实辐射强度，对等离子体进行测量时，应选取不存在自吸收现象的谱线，以便于提高测量准确度。
关键词激光诱导等离子体；电子温度；电子密度：自吸收
中图分类号：O433.4
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)051323-05
离子体的特征量及其随时空的变化进行详细讨论，近些年，许多研究小组在激光等离子体的电子密度和电子温度测定方面做了很多研究工作，章姗姗等8根据Ni原子光谱数据，分
激光诱导击穿光谱(LBS)技术以其测量分析速度快、探
测灵敏度高、环境要求不高，能对气态、液态及固态材料进行实时快速探测的优点，成为化学、材料学和环境科学等领域测量物质成分的重要方法之一1-汀，该技术以聚焦后的强激光作用于样品，使得作用区的靶材料发生气化，气化粒子通过吸收激光能量和碰撞过程进一步被分解、激发和电离，形成高温等离子体。等离子体中处于激发态的粒子自发辐射荧光，用分光设备接收等离子体的发射光谱，基于元素的指致谱线实现对样品元素成分及含量的定性和定量分析，在等离子体处于局部热平衡的情况下，等离子体发射谱线的特性主要取决于元素的浓度、等离子体的电子温度和密度，有时受等离子体自吸收和其他元素谱线的干扰，定量分析时，可通过选取适当的谱线避免自吸收和谱线重叠对测量绪果的影。但等离子体的特征量随等离子体相伴而生，如果这些特征量变化很大，将对定量测量带来很大影响。因此需要对等
收稿日期：2015-01-31，修订日期：2015-05-06
析了用YAG激光(1064nm)诱导的等离子体中电子密度及温度随时间的变化关系，张保华等测量了微光诱导Co等离子体电子密度的时间空间演化特性，发现延时100～1000 ns时，电子密度随时间增加：在0～1.8mm范围内，电子密度随到靶面距离增加而增大。Diwakario通过Thomson散射和Stark展宽测量了等离子体初期电子密度的变化。Parig ger1通过分析大气压条件下空气LIBS中H:线的对称性确定了不同延时时刻等离子体的电子密度。本工作对激光诱导煤样品等离子体电子温度和密度的空间分布进行分析测量，并详细分析等离子体自吸收现象随实验条件的变化。
实验部分
1
实验装置如图1所示，脉冲Nd·YAG激光器（Continu um，PL8000）的三倍频输出355nm泵浦的OPG/OPA
基金项目：国家自然科学基金项目（11174078），中央高校基本科研业务费专项资金项目（13ZD23，2014MS162）和新世纪优秀人才支持计划
项目(NCET-12-0844)资助
作者简介：张贵银，1965年生，华北电力大学数理系教授
e-mail: gyzhang65 @aliyun. com