低气压低温等离子体的光谱诊断

设计：李波低气压低温等离子体的光谱诊断设计：李波2.吸收光谱•2.1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，ε(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；σi（v）为基团在频率v时的吸收截面。dlIvkvdIvv))()((iiivNvk)()(设计：李波2.吸收光谱•2.1吸收光谱原理：将谱线分布Pv进行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(α,β,γ,……)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1linevvdPikilineBNchvdvvk0)(vikiPBNchvvk,...),,()(0设计：李波2.吸收光谱•2.1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vikiPBNchvvk,...),,()(0设计：李波2.吸收光谱•2.2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光源的选择：1）连续灯谱：如Vis-Nir范围的氙灯，160～350nmUV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；τ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。0221221/12ln8IIvvvggnppcol设计：李波2.发射光谱•2.2吸收光谱实验装置：设计：李波3.激光诱导荧光光谱•3.1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。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σ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，Φ为透射系数，ΔΩ为立体角。fefVNaFCF1设计：李波3.激光诱导荧光光谱•3.1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.激光诱导荧光光谱•3.2激光诱导荧光光谱设计：李波3.激光诱导荧光光谱•3.1激光诱导荧光原理：激光诱发荧光实验装置设计：李波4.光腔衰荡光谱•4.1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τ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)()()(ln0linelinedvvkdvvnnS)()(设计：李波4.光腔衰荡光谱•4.1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=cτ0=L/(1-R)吸收系数为：)exp(0mmtII)ln)(()(RdvkcLvmkdmII20)(Re))1()(()(RdvkcLvdcLvvvkvn)(1)(1)()(0设计：李波4.光腔衰荡光谱•4.2光腔衰荡光谱实验数据的获得：1）首先测量空腔时，平均时间衰荡τ0。根据公式Leff=cτ0=L/(1-R)，计算反射率。2）测量光腔内充满介质时的衰荡时间τ。3）利用公式计算吸收系数4）计算基团密度))1()(()(RdvkcLv)()(vkvn