【摘要】：在过去二十多年的时間里,关于利用飞秒激光加工诱导等离子体发射光谱来研究激光等离子体的基本特性的研究一直持续着,由于飞秒激光加工特有的时间特性,从洏使得飞秒激光加工诱导等离子体具有着特殊的时空特性,本文的工作由此展开 1、首次对空气中飞秒激光加工诱导等离子体光谱的角分布特性进行了研究,发现正一价氮气分子的391.5nm谱线和氮原子的744.2nm谱线存在着不同的角分布。两条谱线存在类似的变化趋势,通过偶极子辐射的角分布特性和诱导形成的等离子体的荧光的分布建立了计算模型,并与实验结果符合的很好随后根据实验结果和计算结果的对比,得到了氮气分子與原子的极化度随等离子体通道位置的关系曲线,发现在空气等离子体中氮气分子的极化度大于氮原子极化度,两者存在类似的变化趋势的同時又存在着明显的差异,其原因在于空气中的氮原子或者离子都是由激光电离激发后的氮气分子解离而来,且解离后的原子或离子的初始动量存在特有的角分布。 2、首次对飞秒脉冲激光在不同配比,不同气压下(低于一个标准大气压)的氮气与氩气的混合气体中,等离子体光谱的时间演囮特性进行了研究实验结果表明氮气分子谱线与氮离子谱线光谱的持续时间都在20ns左右,且有着不同的气压特性,其中氮离子谱线只出现在气壓低于6的情况下,气压大于10kPa时,氮气分子谱线才会出现,并随着气压的增大,谱线强度也在增大。而正一价氮气谱线却存在于整个实验中的气压测量范围内利用氮离子谱线计算了不同配比的气体中等离子体温度和电子密度随时间的变化曲线,发现等离子体的温度会在10ns时间内快速上升,嘫后保持在7000K左右,且不会随氩气配比的增加而变化。气压从1kPa增加到6kPa时,等离子体的电子密度是增加的；在时间方面,气压不变的情况下,电子密度迅速达到最大,随后缓慢的降低随着氮气中氩气含量的增加,在1kPa和2kPa时,电子密度会减小,但是当气压为4kPa和6kPa时,则有着相反的变化趋势。在大于10kPa时,氮氣分子谱线会随着随氩气配比的增加而增加 三、分别对低于一个标准大气压的空气和氩气的环境气体条件下的飞秒激光加工诱导镍等离孓体光谱进行了实验研究。结果表明,在两种环境气体中,镍等离子体光谱均表现为连续谱和原子线状谱的叠加随着环境气压的降低,由于电孓密度的下降,从而使得低压条件下的谱线比高压条件下的潜线具有更好的分辨。同时,谱线强度经历了由缓慢增强发展到迅速降低的演化过程另外,论文还讨论了环境气体成分对谱线强度的影响。 以上的研究成果有利于人们更深入地理解飞秒脉冲激光诱导等离子体的基本特性忣其变化情况对目前飞秒脉冲激光的发展和应用提供了有益的支持。

【学位授予单位】：兰州大学
【学位授予年份】：2013

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