闪电等离子体光谱特征是在强连续辐射背景上叠加丰富的NⅡ, NⅠ, OⅠ, HⅠ线状谱, 闪电回击通道温度可达万开以上, 通道内氮分子和氧分子接近完全离解, 分析连续谱时, 不考虑各组分分子带状谱对连续谱的影响。 使用摄谱范围在400~1 000 nm的无狭缝光栅摄谱仪记录云对地闪电放电光谱, 在光谱可见区低频段观测到大量一价氮离子谱线, 未观测到明显的其他离子谱, 认为连续辐射机制主要由氮离子与自由电子相互作用产生, 包括轫致辐射和复合辐射。 等离子体温度在1×104 K以下时轫致辐射连续谱呈现出平谱特征, 辐射强度较弱, 随着等离子体温度升高在紫外段辐射强度增加, 对可见段连续谱轮廓特征没有明显影响。 对于复合辐射, 设闪电等离子体符合局域热力学平衡和光学薄条件, 以类氢离子经典辐射理论为基础, 以冈特因子作量子力学修正, 考虑到复合过程中自由电子被离子俘获, 大概率出现在高激发状态, 引入非类氢的复杂离子近似计算方法分析氮离子复合辐射过程, 导出连续谱复合辐射系数与波长的函数关系, 获得特定参数条件下氮等离子连续辐射谱特征曲线, 与闪电连续谱轮廓观测结果比较, 发现等离子体电子温度与连续辐射谱谱峰位置密切相关, 认为通过对闪电连续谱轮廓拟合, 能够可靠诊断闪电放电通道表面电子温度。 研究认为氮离子实有效核电荷数Z*取值对连续谱特征也有显著影响, Z*取值小, 连续谱跃变特征增强; Z*取值大, 连续谱展宽特征增强, 从而与实测谱轮廓底部背离增大。 通过多次对比发现Z*取为2~4时, 理论曲线与连续谱观测轮廓具有较好的一致性, Z*的取值范围由离子种类决定, 引入离子有效核电荷数Z*, 能够很好地解释闪电等离子体连续谱在特定波长出现跃变的特征。

基于连续辐射理论, 得到连续辐射能量与等离子体电子温度的关系式。 依据青海地区一次强地闪回击过程的光谱, 从中分离出连续辐射强度, 对其吸收特征进行分析以减小吸收带来的计算误差。 通过对连续谱强度的曲线拟合得到闪电放电通道电子温度, 温度峰值为29 800 K, 温度下限为16 200 K, 由同一波段光谱中的O Ⅰ线和N Ⅱ线分别拟合了电子温度。 比较结果发现: 由连续辐射得到的闪电通道电子温度从高温向低温过渡, 高温值与离子线信息获得的闪电核心电流通道处的温度符合较好, 而低温则与原子线计算的结果接近, 反映了外围电晕发光通道的温度。 所以, 依据连续谱得到的结果能更全面地反映温度沿通道径向的分布。 对于闪电热等离子体通道, 连续谱法提供了一种计算闪电放电通道电子温度的新途径, 对地闪回击研究有一定的意义。

为了确定激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)的最佳探测时间,采用时间分辨LIBS研究了样品中4种元素Fe、Pb、Ca和Mg的4条 特征谱线峰值强度以及相应的连续背景辐射光谱强度的衰减特性,对特征谱线峰值强度和连续背景辐射光谱强度的比值求极值,获得了特征谱线最佳信 背比(signal-to-background ratio, SBR)所对应时间的计算值。连续背景辐射和特征谱线光谱强度均呈指数形式衰减,4条特征谱线衰减时间分 别为1.42, 1.95, 1.69, 1.65 μs,相应的连续背景辐射衰减时间分别为0.85, 0.93, 0.89, 0.87 μs。 4条特征谱线最佳SBR所对应时间的计算值分别为1.43, 1.77, 1.62, 1.80 μs,最佳SBR所对应的时间的实验测 量值分别为1.5, 2.0, 1.5, 1.5 μs,二者具有较好的一致性。特征谱线峰值强度和连续背景辐射光谱强度的演化规 律能够对最佳SBR出现的时间作出预测。以上研究结果表明,LIBS最佳探测时间与连续背景辐射和特征谱线的衰减规律密切相关,通过对光谱强 度的比值求极值,可以预测谱线最佳SBR出现的时间,此方法为确定LIBS技术探测和分析的最佳时间提供了依据。