脉冲激光加载下的Mg合金激发特征研究

发布时间：2018-01-01 09:18

  本文关键词：脉冲激光加载下的Mg合金激发特征研究　出处：《江苏大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：原子发射光谱分析法,即AES是光学分析法中最早产生的分析检测方法,而激光诱导击穿光谱技术(即LIBS)是其中很重要的一个应用,LIBS是用激光诱导产生的等离子体作为光源,可以用来分析固体,液体,气体等各种状态物质的性质。金属Mg是一种优点和缺点很明显的未来材料,对于其缺点,现在研究人员认为利用激光冲击可以很好的增强它的物理性能,那么利用LIBS技术分析激光诱导Mg等离子体的特征就显得非常需要,这也是本课题所进行的工作。本论文主要内容分为如下三个部分:1.阐述了激光等离子体形成的原理,概述了等离子体的基本理论和基本现象。介绍了光谱的特性以及光谱的分析方法和参数计算。2.分析了在不同的激光能量下产生的等离子体的特性并计算相关参数。利用波长为1064nm,最大能量为500mJ的Nd:YAG脉冲激光器在室温,一个标准大气压的条件下冲击Mg合金,阶梯的改变激光输出能量,得到相应的Mg等离子体特征谱线。分析谱线,发现谱线有不同的演化速率,同时得到了Mg I,MgⅡ离子谱线,证明此实验条件下,激光能量足够Mg合金靶材充分电离。选择了相对强度较大的MgI 383.2nm,Mg I 470.3nm,MgI 518.4nm三条激发谱线,利用上述所选特征谱线的相对强度,计算得到了等离子体的电子温度:激光能量为500mJ时,等离子体温度为1.63×104K,在200~500mJ激光能量范围内,等离子体温度随着激光能量的降低而衰减,在350~500mJ激光能量范围内的等离子体温度随激光能量的变化速度十分明显,200~350mJ时等离子体温度变化速度迅速减缓;激光能量为300mJ时,谱线的相对强度有明显减弱,低于350mJ和250mJ时的谱线相对强度,不符合谱线相对强度会随着激光能量提高而上升的变化趋势,证明发生了等离子体屏蔽现象,即高功率激光冲击靶材产生的等离子体阻隔了激光与靶材之间的耦合。此时的等离子体温度明显升高,不符合变化趋势,分析认为是由于在发生等离子体屏蔽现象时,激光束的能量被等离子体吸收,导致等离子体温度大幅上升。3.分析了不同延迟时间下的等离子体瞬态光谱,即其时间演化过程。在第一部分实验装置的基础上加入延时器,实验结果显示在延迟时间100ns内,等离子体还处于形成阶段。延迟时间在250ns内,电子温度迅速下降,在50ns内变化最为明显,在250ns~500ns延迟时间时,温度下降的速率明显减小,分析认为是该阶段的等离子体复合辐射增加,同时粒子之间的相互碰撞几率减小。分析1~50μs延迟时间的光谱,在50μs延迟时间已经没法采集到Mg等离子体的特征谱线,得到本次实验的Mg等离子体的寿命大约为50μs。
[Abstract]:Atomic emission spectroscopy (AES) is the earliest analytical and detection method in optical analysis, and laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) is one of the most important applications. LIBS is a laser induced plasma as a light source, can be used to analyze the properties of solid, liquid, gas and other state substances. Mg is a kind of future material with obvious advantages and disadvantages. For its shortcomings, researchers now believe that laser shock can improve its physical properties, so it is very necessary to analyze the characteristics of laser-induced mg plasma by using LIBS technology. This paper is divided into three parts as follows: 1. The principle of laser plasma formation is expounded. The basic theory and phenomena of plasma are summarized. The characteristics of spectrum, the analytical method of spectrum and the calculation of parameters are introduced. The characteristics of plasma produced at different laser energy are analyzed and the correlation is calculated. The wavelength is 1064nm. The maximum energy of 500mJ Nd:YAG pulse laser at room temperature, a standard atmospheric pressure of the impact mg alloy, step changes in the output energy of the laser. The corresponding characteristic lines of mg plasma were obtained. By analyzing the spectral lines, it was found that the spectrum lines had different evolution rates, and the spectra lines of mg I I mg 鈪，

本文编号：1363888