２００６，２７（２） 应 用 光 学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ 文 章 编 号 ：１００２—２０８２（２００６）０２—０１ ４７—０５
用 激 光 感 生 击 穿 光 谱 对 大 气 进行 定 量 分 析
余 亮 英 陆 继
（华 中东， 陈 文 ，黄 来 ，李 捷
科 技 大学 煤 燃 烧 国家 重 点 实 验 室 ．武 汉 ４３００７４） ，谢 承 利
摘 要 ： 研 究将激 光感生击 穿光谱技 术用 于元 素定量分析 的可行 性 。利 用 Ｎｄ：ＹＡＧ 激光 器发 出 的激光与一 个大气压 下的空气相互作 用产 生激光 等 离子体 ，等 离子 体的光 经单 色仪 分光后 转化 为电 信 号进 入计 算机 ，存储 了 ６００ ８００ ｎｍ 的等 离子体光谱数据 。利用 自由定标模 型对等 离子体进行 了 分析 。在 延迟 时间８ ｓ、采样 门宽０．４ ｓ时 ，利 用二 维波 尔兹 曼平面得到 了大气等 离子体 处于局部 热 平衡 时的温度（１．６２×１０ Ｋ）。在假设 空 气全部 由Ｎ 和Ｏ 组成的条件 下 由 自由定标模 型得到 了空气 中氧 的含 量 （２０．７５ ）和 氮的 含 量 （７９．２５ ）。试 验 结 果 与 实 际吻 合 得 很 好 。实验 证 实 了 用激 光 感 生 击 穿光谱 对大 气进行 定量分析是 可行 的 ，为 大气污染监测研 究和试 验工作奠定 了基 础 。 关键 词 ： 激 光感 生击 穿光谱 ；大 气监测 ；等 离子体 ；光谱 ；自由定标 模 型 中 图 分 类 号 ：Ｏ５３ 文 献 标 志 码 ：ＡＱｕａｎｔ
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ｍｏｓｐｈｅｒｅ
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ｌａｓｅｒ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ＹＵ Ｌｉａｎｇ—ｙｉｎｇ， ＬＵ Ｊｉ—ｄｏｎｇ， ＣＨＥＮ Ｗ ｅｎ， ＨＵＡＮＧ Ｌａｉ，ＬＩ Ｊｉｅ，ＸＩＥ Ｃｈｅｎｇ—ｌｉ （Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｓｃｉｅｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗ ｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｌａｓｅｒ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ， ｐｌａｓｍ ａｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ａ Ｑ—ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｎｄ ： ＹＡＧ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｉｒ ａｔ ａｔｍ ｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ， ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｐｌａｓｍ ａｓ ｅｎｔｅｒｅｄ ｔｈｅ ｍ ｏｎｏｃｈｒｏｍ ｅｔｅｒ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｉｎｔｏ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｉｇｎａｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｐｌａｓｍ ａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ６００～ ８００ ｎｍ ｗ ｅｒｅ ｓｔｏｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ—ｆｒｅｅ ｍ ｏｄｅ１． Ｕ ｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ ｏｆ ８ ｓ ａｎｄ ｇａｔｉｎｇ ｐｕｌｓｅ ｏｆ ０．４ ｓ，ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｐｌａｓｍ ａｓ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｉｎ ｌｏｃａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ （ＬＴＥ ），ｗａｓ １．６２× １０ Ｋ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ ｐｌａｎｅ．Ｔｈｅ ２０．７５ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ７９．２５％ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ａｉｒ ｗ ｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｓｓｕｍ ｐｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗ ｅｒｅ ｏｎｌｙ ｏｘｙｇｅｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｉｎｃｉｄｅ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆａｃｔ． Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｗａｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎｄ ｉｔ ｂｕｉｌｔ ａ ｓｔｒｏｎｇ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｓｅｒ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ （ＬＩＢＳ）； ａｉｒ ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ； ｐｌａｓｍａ； ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ； ｃａ１ｊｂｒａｔｊｏｎ—ｆｒＰＰ ｍ ｏｄｅ１ 收 稿 日期 ：２００５—１０—２９； 修 回 日期 ：２００５—１０—１ ３ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目（５０５７６０２９）；国家 科 技 合 作 重 点 项 目 ，中法 化 学 与 环境 工 程 研 究 项 目 （２ＯＯ ＬＣＢ７１１ ２０３）；高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 资 助项 目（２００２０４８７０１３） 作 者简 介 ：余 亮英 （１ ９７６一 ），女 ，湖 北武 汉 人 ，华 中科 大 博 士研 究 生 ，主 要 从 事激 光测 量 与 诊 断 技 术 在燃 烧 领 域 的 应 用 研究 ：陆 继 东 （１ ９５７一 ），男 ，江苏 常 熟 人 ，博 士 生 导师 ，主要 从 事 煤 的燃 烧 过 程模 拟 及 污 染 物 控制 研 究 。 ＊通 信 联 系 人 Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｐａｒｋｌｙ＠ １６３．ｃｏｍ
。 １４８ ・ 应 用 光学 ２００６，２７（２） 余亮 英 ，等 ：用 激 光 感生 击 穿 光谱 对大 气 进 行 定 量 分析
引 言
当一束 高功 率脉 冲激 光经 聚焦进 入气 体 时 ，在 聚焦点处 出现 明亮 的闪光 ，形成等离子体 。Ｍａｋｅｒ Ｌ 在 １９６４年第一个 报道 了这 种现象 ，并称之 为激光诱 导 气体 击穿 ，随后 人们 对此 显示 出 了极 大 的兴趣 并 开展 了一些 研究工 作 ］。高功率激 光所产 生 的是高 温等离子体 ，它能将各种材 料气化 ，为进行 元素分析 提供 了一种 独特 的条件 。激光等 离子体 的形 成是 一 个 很复 杂 的过 程 ，它与许 多实 验 条件有 关 。近年 来 ，由于薄 膜 的 激光 溅 射技 术 、同位 素 激光 富 集技 术 、激光痕 量分析技术 等研 究 的充 分发展 ，对激光等 离子体性质 的研究提 出了更高 的要求 。此 外 ，作 为一 种新 的分 析测 量手段 ，激 光等 离子 体技术 越来 越 引 起 人 们 的重 视 。 激光 感生 击穿效 应 自发现 以来 的这 几 十年 间 ， 激光 感 生击 穿 光 谱技 术 得 到 了长 足 发 展 和广 泛应 用 。对 于该激 光技术 的研 究 ，在 国外 已经引起 了人们 广泛 的注 意一 。作 为一种 高精度 的测量手 段 。国外 科学 家 已经对 土壤 、污水 等对 象 的测量进 行 了深入 的研究 。同时 ，该技 术在军事上 也开始取得应 用 。 国内也 对激 光感生击穿 光谱进 行 了一 些基础研 究 ，主要侧 重 于激光 等离 子体 的物 理机理 以及光谱 特性方 面的研究 ，试 验对象一般 都是金属 ，而 以气体 为试 验 对象 的研究 开展 得并 不多 ；国外 在气 体方 面 的研 究 也 很 少 。国 内 在 定 量 分 析 方 面 的研 究 报 道 非 常少 。林兆祥 等 从 光谱学 角度 对大气 等离子 体的 时间演 化特性 进行 了研 究 ，利用延 时光 谱法 对大 气 等 离 子体 连续 光 谱 和线 状 光 谱进 行 了时 间分 辨 测 量 。 申金嫒等 利用 激光与气 体作用 产生等 离子 体 的荧光光谱 联合神 经网络识别 大气 中杂 质成分 。本 文 利用激 光感 生击 穿光 谱法 ，对 １个大 气压 下 的空 气进 行实验研究 ，分析所产生 的等离子 体的光谱 ，得 到 了大 气等离 子 体的温 度 ，定性 分析 出 了空 气 中的 元素 ，并利用试验数 据进行 了定 量计算 ，得到 了令 人 满意 的结 果 。ｌ
自由定 标模 型
在激光 脉冲作用下 ，气体 的击穿 过程可 以分 为２ 个阶段 ：１）在激光 的聚焦区 内 ，原子 、分子等 经多光 子电离 ，产生初 始的 自由电子 ，随着 激光照射 的时间 增 长 ，原子继续 吸收光子而 电离 ，产 生大量 的初始 电 子 ；２）当激 光功率足 够强 ，脉 冲持续 时间足 够长 ，自 由电子 在激 光 的作 用 下加速 ；当电子 有足 够 的能量 去 轰击原子 时 ，原子 电离 产生新 的电子 ，而 这些电子 加 速后也会使 原子 继 续 电离 （雪崩 电离 ），从 而 在很 短 的 时间 内电子迅 速 倍增 ，同 时导致 原子 不断地 电 离 ，最终产生 等离子体 。激 光等离子体 的形 成是一个 十分复杂 的过程 ，它与许 多实验条 件有关 ，例如激光 器 的能量 、脉宽 、波 长以及实验对象 等 。 要 实现 激光 感生 击穿 光谱 的定 量测量 ，需要 对 谱 线数据进行定标 。理论上 ，Ａ．Ｃｉｕｃｃｉ 提 出 了一种 自由定标 的方法 。在 不考 虑等离子 体的 自吸收效应 和认为该激 光等离子体是 一个光学 薄膜等 离子体且 处 于局部热平 衡时 ，给 出了计算算法 。文献 Ｅ９￣ｘｑ自 由定标模型 已作 阐述 。 在实际测量过程 中 ，考虑 到光 接收系统 的效率 ． 实验 中测定 的谱线强度 可用 （１）式 表示 ： 巧 一 （１） 其中 ，职为 测量的特征谱 线强度 ，是ＬＩＢＳ测量 的结 果 ；Ｃ 为该发 射 线 所对 应 的原 子 含量 ；Ｆ 为试 验 参数 ； 为 特征 波长 ；Ａ 为 志能级 向 邑级跃 迁 的 跃迁几率 ；Ｅ 为 正能级 能量 ；ｇ 为 志能级 简并度 ； 志ｎ为波尔兹曼 常数 ；Ｕ （７１）为配分 函数 ；Ｔ 为等离 子 体 温 度 。光 谱 学 参 数 可 以 从 ＮＩＳＴ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｃ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）原子光谱 标准与技术 数据库 中查 得 。 作如下定 义 ： — Ｅ （２） 了可 Ｙ — ｌ“ ｇ ｋ Ａ—ｋ ， （３）”一一寿
（
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ｑ 一ＩＩｎｎ （ ） ｑ 一 丽 。 则 可 得 ： Ｙ一 ，＂ ＋ ｑ （６）
从 （
６）
式可以绘制 Ｅ 和 Ｉ
ｎ—
＾
－ 的关系曲线，
＾ （Ｅ ， ）构成 的是 一 个二 维 的波耳 兹 曼平 面 。所 得 曲线 的斜率反 映等离子体 的温 度 。实验 常数 Ｆ是 通过 归一化后确定 的 ，如下式 ：
∑Ｃ
一ｉ
１∑Ｕ
（
７
）
ｅ
ｓ
一１
（
７
）
得 到温度 以后 ，相应可 以算 出配分 函数 ：
（
７
１
）一 ∑ ｘ
ｐ（
一 ）
（
８
）
应 用 光学 ２００６，２７（２） 余 亮 英 ．等 ：用 激 光 感生 击 穿 光谱 对大 气 进 行 定量 分 析 ・１４９・
２ 实 验
２．１ 实验装置 实 验 装 置 由 激 光 器 、单 色 仪 、光 电 倍 增 管 （ＰＭＴ）、数字示波 器等组成 ，如图 １所示 。 图 １ ＬＩＢＳ 实 验 装 置 图 Ｆｉｇ．１ ＬＩＢＳ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｓｅｔｕｐ 激 发 等离 子 体 的激 光器 是 Ｎｄ ：ＹＡＧ 激 光 器 （Ｍｏｄｅｌ Ｙ１２０—１５Ｅ），其输 出波 长为 ５３２ ｎｍ，最 大输 出能量 为 １２０ ｍＪ／ｐｕｌｓｅ，脉冲宽度 为 ３ ｎｓ，最 大重 复 频率 为１５ Ｈｚ。激光 器出射 的激 光经一个聚焦 透镜 聚 焦后作用 于大气上 ，在聚焦点 产生高 温、高密度 的等 离子体 。等离子体 的辐射光信 号聚焦 到单色仪 的入 射狭缝 。为 了减 少激光光源 本身对等 离子体 辐射光 信 号 的干扰 ，接 收等离 子体 光辐射 的角度与 激 光 的 入射 角垂直 。单色仪 的出射狭缝处安 装一个 检测范 围为２００～８００ ｎｍ 的光 电倍增 管 （ＰＭＴ）。光电倍增 管输 出 的电流信 号经 过小 电阻 产生 压降 ，利用 高采 样 速率 （６０ ＭＨｚ）的数 字示 波 器 检测 压 降 ，得 到等 离子体信号 的时间分辨 光谱 。实 验 中数字 示波器得 到的等离子体 辐射信号 时间分辨光谱 如图 ２所示 。 ４０ 图 ２ 等 离 子体 辐 射 信 号 的 时 间分 辨 光谱 图 Ｆｉｇ．２ Ｔｅｍ ｐｏｒａｌ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｏｆ ａ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｅｍ ｉｓｓｉｏｎ ｆｏｒ ｔｉｍ ｅ—ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ 图 ２中丁ａ和 丁 分别表 示时 间分辨谱 的延 迟 时 间 和 采 样 门宽 。 延 迟 时 间 和 取 样 门 宽 的选 取 将 影 响 整个 实验 的结 果 。 ２．２ 实 验 结 果 与讨 论 因为激光等离 子体的发射 光谱 具有很强 的连续 背 景 ，而连续 背景辐射持续 的时间很 短 ，所 以为了减 小 背景 的影 响 ，在实验 中采 用延 时光谱 法得 到激 光 大气等离子 体的光谱 图 ，取 采样 门宽０．４ ｓ。延迟 时 间不 同时 ，信 噪 比 （ＳＮＲ）是不 一样 的 。为得到最 佳 信噪 比，需 要对 比分 析在 不同 的延迟 时 间下 的光 谱 图 。在本实 验条件下 ，通过 比较在不 同延迟 时间下 的 光谱 线 ，得 到在延 时 为 ８ ｓ时信 噪 比最 大 的结 果 。 对应 的光谱如 图 ３所示 。 Ｏ ６００ ６５０ ７００ ７５０ ８００ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ 图 ３ 延时 ８ ｆｆｓ时 的大 气 等 离子 体 光谱 图 Ｆｉｇ．３ Ｐｌａｓｍ ａ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ａｉｒ ｉｎ ８ ｐｓ ｏｆ ｄｅｌａｙ ｔｉｍ ｅ 为得 到实 验 的定性结 果 ，需 要对 特征 谱线 进行 分析 ，读 取特征谱线 对应的波长值 ；在原子 光谱标准 与技 术数 据库 上查 找对 应 的特 征 波长 ，得 到元 素信 息 ；从 光谱 图上得 到定性分析结果 。 根 据前 述 的 自由定 标模 型 ，可 以对 大气 进行定 量 分析 。光谱线 的强度就是浓度 的函数 ，利用试验得 到的光谱线强 度数据 ，结合 查取 的 Ｏ 和 Ｎ 这 ２种元 素所 对应 的部分 光谱 数据 （如表 １所示 ），可 以得 到 定量分析结果 。 表 １ Ｎ 和 Ｏ 对 应 的部 分 光谱 参数 。 Ｔａｂｌｅ １ Ｐａｒｔｉａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ｃ０ｒｒｅｓｐ０ｎｄｉｎｇ ｔｏ Ｎ ａｎｄ Ｏ 元素 Ａ／ｎｍ Ａ １０ ８ｓ一１ Ｅ ／ｃｍ。。 ＆／ｃｍ ｇ１ ｇ女 Ｎ ６１６．７７５ ０．２６５ １８６ ６５２．４９０ ２０２ ８６１．３６０ ９ ６４８．４８１ ０．０４２ ９４ ８３０．８９０ １１ ０ ２４ ７．８８８ ６ ８ ６６４．４９６ ０．０３４ ９ ９４ ８８１．８２０ １０９ ９２６．６６１ ８ ６ ６７２．２６１ ０．０３５ ６ ９ｊ ｊ３２．１ ０ １１０ ４０３．２２Ｏ ６ ８ ７４ ２．３６４ ０．０５９ ５ ８３ ２８４．０７０ ９６ ７５０．８４０ ２ ４ Ｏ ６１５．８１ ９ ０．０７６ ２ ８６ ６３１．４５４ １０２ ８６５．５０６ ９ ６ｊ６．ｊ２８ ０．２８６ ２３２ ９ｊ９．２１０ ２４８ １８６．６４０ ８ ６ ６８９．５１０ ０．２７２ ２３１ ５３０．２４６ ２４６ ０２９．２９５ １ ０ ８ ７ ７７１．９４４ ０．３６９ ７ ３ ７６８．２００ ８６ ６２５．７５ ７ ｊ ７ 实 验 中，激 光 器 的工 作 脉 冲 能 量 为 １２０ ｍＪ／ ｐｕｌｓｅ，脉 冲宽度 为 ３ ｎｓ，在延 迟时 间为 ８ ｓ，采样 门 Ｏ ８ ６ ４ ２ Ｏ ● Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ５ Ｏ ● Ｏ Ｏ ＞／＾Ｉｌ∞ｃ Ｉｕ—ｃ０ ∞一量山・１５０ ・ 应 用 光学 ２００６，２７（２） 余亮 英 ，等 ：用 激 光 感 生击 穿 光 谱 对 大气 进 行 定 量 分析 宽 ０．４ ｓ的情 况下 ，根据 自由定标模 型 ，对试 验数 据点线性拟合 后得到 的波 尔兹 曼平面如 图 ４所示 。 图 ４ 大 气 等 离 子 体 的 波 尔 兹 曼 平 面 Ｆｉｇ．４ Ｂｏｌｔｚｍ ａｎｎ ｐｌｏｔｓ ｆｏｒ ｌａｓｅｒ ｐｌａｓｍ ａ ｉｎｄｕｃｅｄ ｏｎ ａｉｒ 在 等离 子体 处于 局部 热平衡 时 ，等离 子体 内部 的温度 应该 是相 等 的，也就是 说 同一物 质 内各原 子 波 尔兹 曼平 面 的斜率 是一样 的 ，各原子 的波尔兹 曼 点拟合直线应该 平行 。但 是 由于激 光器脉 冲能量 的 不稳定性 、元素本身 自吸收效 应等 因素 的影 响 ，使得 Ｎ 和 Ｏ 原子对应 的拟合 直线没有 完全平行 ，存在一 定 的误 差 ，但 是从 图中可 以看 出 ２斜率 相差不 是很 大 。在本文 的实验条件下 ，取 ２条直线 斜率 的平均 值 来计算温度 。根据 试验数 据 ，利用 （４）式得 到的等 离 子体 处 于 局 部 热 平 衡 时 的 温 度 约 为 Ｔ一 １．６２× １０ｊ Ｋ。根据 温度 ，利用 （８）式 可 以得到 相应 的氮元 素和 氧元 素的配分 函数 。为进行归一 化计 算 ，结合 实 际情况 ，假定大气 全部 由氮元 素和氧元 素组 成 ，其 他 成 分 不 予考 虑 。归 一化 后 计 算得 到 氧 元 素含 量 为 ２０．７５ ，氮元 素含 量 ７９．２５ ，可 以看 到计算 结 果 与 实际情况吻合得 非常好 。 ｌ７４ ｌ７２ ｌ ７（Ｊ １６８ Ｉ、 ｌ６６ １６４ ｌ６２ ｌ６０ 图 ５ 不 同 延 迟 时 Ｉ司 等 离 子 体 的 温 度 Ｆｉｇ，５ Ｔｉｍ ｅ—ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｐｌａｓｍ ａ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｌａｙ ｔｉｍ ｅｓ 等离子 体 的温度 是一 个十 分重 要 的参数 ，波 尔 兹曼斜线表 示 了等离子体 的温度 。在不 同的实验条 件下得到 的温度是不一样 的 ，由于激光脉 冲能量 、波 长 、脉 冲宽度 、实验环境 等因素都会 影 响等离子体 的 特 性 。 为分 析等离 子 体温度 随延 迟 时间 的变化 关 系 ． 与 Ｍｏｈａｍａｓ Ｓａｂｓａｂｉ 。 相对 照 ，在 此选 择不 同 的延 迟时 间下 对应 的等离 子 体 的温度 ，画 出温度 变化 曲 线 ，如 图 ５所示 。选取延迟 时间为 ３～８ ｓ。从 图 中 可 以看 出 ，随着延迟 时间 的增加 ，等离子 体温度逐 渐 降低 。
３
结 束语
目前 国 内外对 激光 感 生击 穿 光谱 技术 （ＬＩＢＳ） 的研究 工作开展得很 多 。本文应 用ＬＩＢＳ对 大气 等离 子 体进行 了时间分 辨光 谱研 究 ，同时利 用试 验结 果 对 大气等 离 子体 的温 度进行 了计 算 ，对 大气 成分 进 行 了定量 分析 ，计算结 果与实 际情况非常符合 。这是 在激 光等离子体试验 研究 中所 获得 的初 步结果 。用 试 验 的方法 验证 了激 光感生 击穿 光谱 的可 行性 ，为 以后相应 的研究 和试验工作 奠定 了基础 。进 一步可 以将ＬＩＢＳ技术应 用于大气 污染监测 ，例？￣ｌＤａｖｉｄ Ａ． Ｃｒｅｍｅｒｓ和Ｌｅｏｎ Ｊ．Ｒａｄｚｉｅｍｓｋｉ 就 应 用 ＬＩＢＳ对 空 气 中的ｃ１和Ｆ进 行 了检测 ，具有很重要 的现实意义 。 参 考 文 献 ： ｒ１］ Ｍ ＡＫＥＲ Ｐ Ｄ ，ＴＥＲＨＵＮＥ Ｒ Ｗ ．ＳＡＶＡＧＥ Ｃ Ｍ ． １ ９６３ Ｐｒｏｃｅｅ ｄｉｎｇ ３ｒｄ Ｉｎｔ ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎ｛ｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ［ｃ］， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｃｏｌｕｍｂｉａ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１ ９６４：１５５９—１ ５６５． ［２］ ＭＯＲＧＡＮ Ｇ． Ｌａｓｅｒ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｏｆ ｇａｓｅｓ ［Ｊ］．Ｒｅｐ Ｐｒｏｇ Ｐｈｙｓ．１ ９７５，３８（２）：６２１－６６５． ［３］ ＣＲＥＭＥＲＳ Ｄ Ａ，ＲＡＤＺＩＥＭＳＫＩ Ｌ Ｊ．Ｌａｓｅｒ Ｐｌａｓｍａ ｆｏｒ Ｃｈｅｍ ｉｃａｌ Ａ ｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｌａｓｅｒ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ ］，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｄｅｋｋｅｒ．１ ９８７：３５１－４１５． ［４］ ＲＡＤＺＩＥＭＳＫＩ Ｌ Ｊ，ＬＯＲＥＥ Ｔ Ｒ，ＣＲＥＭＥＲＳ Ｄ Ａ， ｅｔ ａ１． Ｔｉｍ ｅ—ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｌａｓｅｒ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗ ｎ ｓｐｅｃ ｔｒｏｓｃｏｐｙ ｏｆ ａｅｒｏｓｏｌｓ＿Ｊ］．Ａｎａｌ Ｃｈｅｍ，１ ９８３，５５（８）： １２４６—１２５２． ｒ５］ Ｍ ＡＲＩＯ Ｃ，ＦＲＡＮＣＥＳＣＯ Ｃ，ＡＩ ＥＸＡＮＤＥＲ Ｅ．Ｎｏ— ｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ａｎｄ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｐｒｏｂｌｅｍ ｓ ｉｎ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａｓ［Ｊ］．Ｓｐｅｃｔｒｏ ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ Ｐａｒｔ Ｂ． ２０００．５５（２）：５５９－５７４． ［６］ 林 兆 祥 ，激 光 大 气 等离 子 体 时 间 演化 特 性 的光 谱 研 究 ［Ｊ］．光 谱 学 与 光谱 分 析 ，２００３，２３（３）：４２１－４２５． ［７］ 申金 媛 ，苏 晓 星，一 种用 于大 气 中杂 质 气 体识 别 的新 方 法 ［Ｊ］．光 电子 ・激 光 ，２００３，１４（９）：９５４—９５７， ｒ８］ ＣＩＵＣＣＩ Ａ ，ＣＯＲＳＩ Ｍ ，ＰＡＬＬＥＳＣＨＩ Ｖ ． ａ１．Ｎｅｗ ｐｒｏ—ｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｅｌｅｍ ｅｎｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ Ｊ］． Ａｐｐｌ应 用 光 学 ２００６．２７（２） 余 亮 英 ，等 ：用激 光感 生 击穿光 谱 对 大 气进 行定 量 分 析 ・１ｊ１・
