低气压低温等离子体的光谱诊断

1、设计：李波低气压低温等离子体的光谱诊断设计：李波2. 2. 吸收光谱吸收光谱2.1 2.1 吸收光谱原理：吸收光谱原理： 当一束光穿过厚度为dl的均匀等离子体后，光强度的变化dIv由在dl厚度内的光吸收和发射之间的净平衡给出 式中，(v)为单位长度的发射系数；k(v)为单位长度的吸收系数。 吸收系数k(v)描述的是无限薄的等离子区域中的光吸收，由下式给出： 求和是针对所有吸收基团的吸收态；Ni为基团的布局数；i（v）为基团在频率v时的吸收截面。dlIvkvdIvv)()(iiivNvk)()(设计：李波2. 2. 吸收光谱吸收光谱2.1 2.1 吸收光谱原理：吸收光谱原理： 将谱线分布Pv进行

2、归一 假定上能及没有粒子布局，从下式可以得到绝对k(v) 因此谱线的吸收系数为 Ni(,)为第i能级上粒子布居数，Bik为i能级与k能级之间跃迁的爱因斯坦系数 1linevvdPikilineBNchvdvvk0)(vikiPBNchvvk,.),()(0设计：李波2. 2. 吸收光谱吸收光谱2.1 2.1 吸收光谱原理：吸收光谱原理： 当外光源的强度远大于等离子体自身发光强度时，辐射的吸收可以用比尔-朗伯定律给出 式中Iv(0)，Iv(l)为入射等离子体和出射等离子体的光强度。 如果已知不同基团的吸收截面积，根据出射光的强度就可以计算该基团的绝对浓度。 )(exp()0()(lvkIlIvv

3、vikiPBNchvvk,.),()(0设计：李波2. 2. 吸收光谱吸收光谱2.2 2.2 吸收光谱实验装置：吸收光谱实验装置：在发射光谱的实验装置上增添一个外光源在发射光谱的实验装置上增添一个外光源 光源的选择：光源的选择： 1）连续灯谱：如Vis-Nir范围的氙灯，160350nm UV范围的氘灯，可见光范围的钨灯等。 2）可协调的窄带光源：可协调染料激光器，二极管红外激光器等。从测定的吸收谱获得Si原子浓度的方法为：g1和g2为低等级和高能级的统计权重；为寿命； vp和v1为Si原子在等离子体中吸收线的半高宽和由光源发出的发射线的线宽。0221221/12ln8IIvvvggnppco

4、l设计：李波2. 2. 发射光谱发射光谱2.2 2.2 吸收光谱实验装置：吸收光谱实验装置： 设计：李波3. 3. 激光诱导荧光光谱激光诱导荧光光谱3.1 3.1 激光诱导荧光原理：激光诱导荧光原理： 处于基态的低等粒子吸收光能后背激发，随后会发生辐射跃迁，当跃迁发生在同一个多重态时，会发出荧光辐射。荧光辐射的强度正比于粒子密度。 用来测量自由基和离子相对密度，速度分布，气体温度和电场分布。用来测量自由基和离子相对密度，速度分布，气体温度和电场分布。 假设处于初态1的原子散射了激光辐射场的光子，激光辐射场的光频率与散射原子从初态1到中间态2的跃迁产生共振，在散射后原子通过发射能量为hv23的荧

5、光光子而停留在终态3上。初始原子密度N1与激发激光每个脉冲中探测器接受到的荧光光子数Ff有关： C为对于共振散射依据微分截面给出的系数，Fe为每激光脉冲中的光子数，a和分别为截面和激光束的谱线宽度， Vf为激光激发的并由光学系统检测的等离子体积，为透射系数，为立体角。 fefVNaFCF1设计：李波3. 3. 激光诱导荧光光谱激光诱导荧光光谱3.1 3.1 激光诱导荧光原理：激光诱导荧光原理： 激光诱发荧光技术还可以直接测量等离子的离子温度 2022ln8 cmTii设计：李波3. 3. 激光诱导荧光光谱激光诱导荧光光谱3.2 3.2 激光诱导荧光光谱激光诱导荧光光谱 设计：李波3. 3. 激

6、光诱导荧光光谱激光诱导荧光光谱3.1 3.1 激光诱导荧光原理：激光诱导荧光原理： 激光诱发荧光实验装置 设计：李波4. 4. 光腔衰荡光谱光腔衰荡光谱4.1 4.1 光腔衰荡光谱原理：光腔衰荡光谱原理： 将脉冲激光束从线性共振腔的入射镜射入共振腔，探测从出射镜射出的光束。由于共振腔内光经过反射镜的透射，散射，吸收等损耗和共振腔内气相基团的光吸收，射入光腔的光强度随时间呈指数衰减，通过测量衰减时间与频率的关系，就可以得到共振腔内基团的吸收光谱。Leff为吸收介质中的有效吸收路径长度；k(v)为与频率相关的吸收系数。定义为： effLvkvIvI)()()(ln0linelinedvvkdvvnnS)()(设计：李波4. 4. 光腔衰荡光谱光腔衰荡光谱4.1 4.1 光腔衰荡光谱原理：光腔衰荡光谱原理： 在经过m个往返后，从光腔射出的光强为： 定义衰减时间为： 在高反射率的情况下： 对于空腔k=0和光腔完全充满吸收介质d=L时，定义 有效路径 Leff=c0=L/(1-R) 吸收系数为： )exp(0mmtII)ln)()(RdvkcLvmkdmII20)(Re)1 ()()(RdvkcLvdcLvvvkvn)(1)(1)()(0设计：李波4. 4. 光腔衰荡光谱光腔衰荡光谱4.2 4.2 光腔光腔衰荡光谱实验数据的衰荡光谱实验数据的获得获得： 1