1 河北工业大学 机械工程学院，天津 300130
2 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072
3 天津工业大学 天津市电工电能新技术重点实验室，天津 300387
调谐激光吸收光谱（TLAS）技术具有非接触、抗干扰、高灵敏度等优势，可对气体进行浓度、温度、压强的测量。目前已有的压强检测模型中多以谱线的有限特征点进行提取与计算，存在易受干扰、测量误差较大的问题，因而有必要建立新的抗干扰、稳定性强的压强检测模型。针对此问题，文中根据吸收线宽的气体压力测量方法，提出了低压与高压范围内压强与谱线线型拟合函数的数学模型。结合谱线展宽原理，对不同压强下的二次谐波吸收线进行仿真研究。通过改变Gauss线型函数和Lorentz线型函数的半高宽比例关系模拟压强变化，分析信号拟合度的变化趋势，仿真结果表明，在理想情况以及激光器线宽、白噪声、背景干扰影响下，Gauss/Lorentz线型拟合度之比与压强之间存在三阶拟合关系，拟合度均保持在0.998 0以上，且与传统模型相比在动态噪声和背景干扰下具有更好的稳定性。最后对CO2气体1 580 nm位置的实测信号进行处理，实验结果表明，实际检测谱线Gauss/Lorentz线型拟合度之比与压强之间的三阶拟合度为0.986 3，略低于仿真的拟合度0.998 7，符合仿真分析结果。文中提出的方法可以根据吸收谱线的拟合比曲线反演气体压强，为气体压强检测提供了解决方案。
调谐激光吸收光谱 谱线展宽 曲线拟合 压强检测 tunable laser absorption spectroscopy spectral line broadening curve fitting pressure detection 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230428
北京师范大学核科学与技术学院, 射线束教育部重点实验室, 北京 100875
离子激发发光(IBIL)分析作为一种实时原位的光谱分析技术, 由于其对样品内部结构的敏感性, 给我们分析样品光谱谱峰信息带来了一定的困难。 为了准确地对离子激发发光能谱进行分峰以便更加清晰地判断材料内部不同缺陷的发光中心, 提出了一种利用Voigt函数, 通过L-M(levenberg-marquardt)非线性最小二乘算法对100和200 K温度时ZnO的IBIL能谱中深能级发射(DBE)峰进行分峰的方法。 通过对比Gauss函数和Voigt函数对能谱拟合后峰位随注量的波动情况, 发现使用Voigt函数拟合得到的峰位更加稳定, 并且收敛速度更快。 同时通过对使用Voigt函数拟合后得到的峰中心位于1.75, 1.95和2.10 eV三个子峰的高斯函数半高宽与洛伦兹函数半高宽比较, 发现洛伦兹函数半高宽约为高斯函数半高宽的1/10, 而且100 K时的1.95 eV峰, 200 K时1.75和1.95 eV峰, 其洛伦兹峰半高宽数值为10-10量级以下, 说明其中非均匀展宽(高斯展宽)仍然是谱峰展宽的主要机制; 而电子与声子散射作用是洛伦兹展宽的主要机制。 对于涉及导带中大量电子的2.10 eV子峰, 其在200 K时洛伦兹函数半高宽明显大于100 K时, 由于在温度较高时, 由于晶格热振动加剧, 且电子热运动加强, 增大了散射概率, 导致电子与声子的散射作用加强, 从而对洛伦兹谱线进一步展宽。 而峰中心位于1.75 eV的红光, 其主要与VZn相关, 在100 K时其子峰的洛伦兹半高宽为0.02 eV, 但在200 K时变得极小, 这可能是由于100 K时VZn束缚的电子或激子在200 K获得足够的热动能摆脱了VZn束缚, 减弱了与周围的晶格的散射作用, 从而使得洛伦兹展宽变得极弱。 实验结果表明Voigt函数更加适用于IBIL能谱拟合分峰, 这也为以后IBIL技术应用于其他材料内部结构能谱分析提供了可借鉴的依据。
离子激发发光 Voigt函数拟合 谱线展宽 光谱学 Ion-beam-induced luminescence Voigt function fitting Spectrum widening Spectroscopy 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3512
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621999
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
高亮度的钠导星是实现大气波前畸变精准探测的重要条件。已有研究表明,钠导星的后向共振荧光散射强度与大气传输效率、地磁场、季节、发射系统参数、接收系统参数和泵浦激光参数等诸多因素密切相关。脉冲型钠导星可有效提高自适应光学系统的波前探测信噪比。在多种激光参数泵浦模式下,开展了脉冲型钠导星回光强度的探测实验。基于高能量多纵模百微秒脉冲钠导星激光泵浦大气钠层,获取了一系列回光强度数据,与理论分析结果比较吻合。实验结果表明:泵浦激光谱线的精密控制是获得钠导星稳定回光强度的重要手段,基于圆偏振光双线展宽泵浦体制的钠导星工作模式是实现高效激发钠层原子并获得高亮度回光的有效途径。
激光光学 泵浦 钠导星 回光强度 偏振 谱线展宽
1 中北大学 电子测试技术国家重点实验室, 太原 030051
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 太原 030051
利用Nd:YAG脉冲激光器, 在空气环境下作用于金属材料Cu, 分别获得了119.1、154.6、201.7、256.2 mJ[·]Pulse-1四种不同能量下的等离子体特征谱线, 选取[CuΙ]510.5 nm和521.8 nm两条谱线作为研究对象, 分析了谱线强度与能量变化之间的关系, 发现其展宽线型分别为Lorenz线型和Gauss线型。结果表明, 对于Cu等离子体发射光谱, 不同波段所对应谱线的展宽机制不同, 随着激光能量的增大, 谱线的强度逐渐增大, 谱线的半宽高也随着激光能量的增加有所增大。
等离子体发射光谱 特征谱线 谱线展宽 plasma emission spectrum characteristic line spectral line broadening
河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
利用水电极介质阻挡放电装置, 在不同氩气含量的气体放电中, 首次观察到了白眼六边形斑图, 此斑图的白眼晶胞都是由点、环和晕三层结构组成的, 且其放电稳定性和持续性极好。从照片中可以观察到这三种结构有明显的亮度差异, 说明白眼晶胞中点、环和晕可能处于不同的等离子体状态, 同时在不同氩气含量下, 白眼晶胞的颜色和亮度都有明显的差异, 说明白眼晶胞的等离子体状态也有所不同。由于此次研究的白眼六边形斑图是在较低的电压下得到的, 使得水电极的温度没有升高且放电现象没有发生变化, 因此在实验过程中长时间的放电没有影响该斑图的等离子体状态。为此, 本小组采用发射光谱法, 研究了此斑图的白眼晶胞中的点、环和晕的两种等离子体参数: 分子振动温度和电子密度随氩气含量的变化关系。利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线, 计算了白眼晶胞中的点、环和晕的分子振动温度;实验采集了Ar Ⅰ(2P2→1S5)的发射谱线, 通过白眼晶胞中的点、环和晕的谱线展宽随氩气含量的变化, 来反映白眼晶胞的三层结构的电子密度的变化。实验发现: 在同一氩气含量条件下, 白眼晶胞中点、环和晕的分子振动温度从大到小为: 晕、环、点, 而电子密度从大到小为: 点、环、晕;随着氩气含量从70%增大到90%, 点的分子振动温度及电子密度均增加;环的分子振动温度基本保持不变, 而其电子密度减小;晕的分子振动温度及电子密度均减小。实验结果说明白眼晶胞中的点、环和晕的等离子体状态不同。本工作结果, 对于研究介质阻挡放电中具有多层结构的自组织斑图有重要意义。
介质阻挡放电 分子振动温度 谱线展宽 电子密度 Dielectric barrier discharge Molecule vibrational temperature Width of spectral line Electron density
河北大学物理科学与技术学院， 河北 保定071002
在放电间隙较大的介质阻挡放电中， 利用高速照相机， 同时观察到了体放电（VD）和沿面放电(SD)。 采用光谱法， 研究了VD和SD的光谱线形随放电参数的变化。 在氩气介质阻挡放电中， 测量了VD和SD的Ar Ⅰ（2P2→1S5）谱线展宽和频移随气压及放电间隙的变化。 结果发现： SD的展宽和频移均比VD的大， 说明SD的电子密度高于VD的电子密度； 随着压强从40 kPa增大到60 kPa， VD和SD的谱线展宽及频移均增加， 表明它们的电子密度均随压强的增大而升高； 随着d值从3.8 mm增大到4.4 mm， VD和SD的谱线展宽也增加， 反映它们的电子密度均随d值的增大而增加。
介质阻挡放电 体放电 沿面放电 谱线展宽 谱线频移 Dielectric barrier discharge Volume discharge Surface discharge Width of spectral line Shift of spectral line
1 江苏大学 机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 Department of Physics, Guelph-Waterloo Physics Institute, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada
利用波长为1064 nm，最大能量为500 mJ的 Nd：YAG脉冲激光器对紫铜进行冲击，并且改变激光能量，获得一系列等离子体特征谱线，结果表明：本实验条件下，获得铜原子谱线不完整，只有5条明显激发谱线，分别为：CuⅠ 406.33 nm, CuⅠ 458.69 nm, CuⅠ 521.8 nm, CuⅠ 529.25 nm, CuⅠ 578.2 nm。根据跃迁原理，得出激光不能使铜原子完全受到激发；选取CuⅠ 521.8 nm原子光谱与CuⅠ 578.2 nm的原子光谱谱线线型作为分析对象，发现其展宽线型不同，分别为Lorenz线型与Gauss线型。通过对应线型曲线方程分析得出，同一原子光谱不同波段对应形成光谱展宽机制不同。
激光诱导等离子体光谱 紫铜 特征谱线 谱线展宽 laser-induced breakdown spectroscopy red copper characteristic spectral line characteristic line broadening
中国科学院环境光学与技术重点实验室, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
根据激光诱导击穿光谱谱线展宽机制, 对NIST标准谱线数据库中的发射谱线进行了模拟, 并与实验光谱进行对比, 在对比分析中引入相似性测度, 得到模拟光谱和实验光谱的相似程度。 对元素谱线的自动归属识别方法进行分析和研究, 通过相似性计算对土壤样品340～345 nm波段光谱进行了识别分析, 利用最小二乘原理计算各谱线之间的比例系数, 实现了光谱识别, 实验结果验证了基于相似性测度的光谱识别方法的可行性及其自动识别的优越性。
激光诱导击穿光谱 模拟光谱 相似性测度 谱线识别 谱线展宽 Laser induced breakdown spectroscopy Simulative spectra Similarity measure Spectral line recognition Spectral line broadening
西北师范大学物理与电子工程学院,兰州,730070
利用Q-开关Nd:YAG激光器产生的1.06 μm、10 ns的脉冲激光聚焦在空气中的Cu靶上,观测了激光诱导的Cu等离子体发射光谱.采用不同的激光能量,分析了波长范围为440 nm到540 nm的空间分辨发射光谱.在局部热力学平衡(LTE)条件近似下,根据谱线的相对强度,得到了等离子体电子温度约在104 K以上,给出了靶面附近电子温度的空间演化规律,并探讨了N(Ⅱ)500.52 nm谱线的谱线强度和半高全宽随激光能量的变化规律
激光烧蚀 谱线展宽 电子温度 Laser ablation Line-Broadening Electron temperature 原子与分子物理学报
2005, 22(3): 472
利用Q-开关Nd:YAG激光器产生的1.06μm、10ns的脉冲激光聚焦在空气中的Cu靶上,观测了激光诱导的Cu等离子体发射光谱。采用激光能量为 45mJ/ pulse ,分析了波长范围为440nm到 540nm的空间分辨发射光谱。在局部热力学平衡 (LTE)条件近似下 ,根据谱线的相对强度 ,得到了等离子体电子温度约在 104K以上 ,给出了靶面附近电子温度和谱线半高全宽的空间演化规律。
激光诱导 谱线展宽 电子温度 Laser ablation Line broadening electron temperature
