ЕВОЛЮЦИЯ НА АНТИМОНИЯ ЛАЗЕРНА ЕРОЗИОННА ПЛАЗМА - тема на научна статия по физика от списанието - Термофизика
Цена:
Автори на произведението:
Научно списание:
Година на издаване:
Текст на научната статия на тема „ЕВОЛЮЦИЯ НА ЛАЗЕРНА ЕРОЗИОННА ПЛАЗМА ВЪРХУ ВРЪЗКА”
ТЕРМОФИЗИКА НА ВИСОКИТЕ ТЕМПЕРАТУРИ, 2004, том 42, № 3, с. 353-359
ЕВОЛЮЦИЯ НА АНТИМОНИЯ ЛАЗЕРНА ЕРОЗИОННА ПЛАЗМА
Направено е изследване на зависимостта от времето на популацията на възбудени състояния на частици, когато мишена от чист антимон е изложена на импулсно лазерно лъчение (m = (3-5) x 108 W/cm2; = 1,06 μm; t = 20 ns;/= 12 Hz). Анализират се начини за повишаване на точността на измерванията на параметрите на лазерната плазма чрез метода на емисионна спектроскопия. Изследвана е еволюцията на механизмите на образуване на възбудени атоми и йони на антимона в плазмата на лазерна горелка при умерена мощност на действието на инфрачервеното лазерно лъчение върху мишена във вакуум.
Бързото развитие на лазерните технологии през последните години е свързано с висококачествена обработка на материали за микроелектроника, отлагане на тънки филми, модификация на повърхностната структура, както и разширяване на възможностите за анализ на параметрите на твърдите вещества, развитие на къси рекомбинационни лазери с дължина на вълната и генериране на лъчи от частици с определени параметри [1]. Следователно е спешно да се изследват процесите в плазмата на ерозионна лазерна горелка чрез безконтактни диагностични методи.
В тази работа ние анализираме механизма на разрушаване на целта и еволюцията на образуването на частици от ерозионна струя в възбудени състояния по метода на нестационарната емисионна спектроскопия. Извършва се количествен анализ на точността на времевите измервания на параметрите на лазерната плазма и увеличаване на тяхното информационно съдържание.
Описание на експерименталната техника. Лазерната плазма се образува, когато масивна проба чист антимон е изложена на импулсно излъчване от неодимов лазер, работещ в режим с Q-превключване. Дължината на вълната на лазера е = 1,06 mm, продължителността на лазерния импулс е 20 ns, а честотата на повторение на импулса е 12 Hz. Лазерният лъч беше фокусиран върху целта в петно с диаметър 0,3-0,5 mm с помощта на въртяща се призма и леща с фокусно разстояние P = 50 cm, което позволи да се получи специфичната мощност върху повърхността на целта m> = (3-5) x 108 W/cm2. Плазма, разпръсната в атмосферата с остатъчно въздушно налягане 3-7 Pa.
Записването на импулсно излъчване се извършва на разстояние r = 7 mm от повърхността на пробата, където плазмата е достатъчно разтегната в пространството и е излъчена интензивно. За регистрация-
Радиото използваше бърз фотоумножител "Foton" и осцилоскоп S1-99, разделителната способност по време беше 20 ns. Целевата повърхност е разположена под ъгъл от 60 ° спрямо лазерния лъч и изборът на радиация се извършва перпендикулярно на него. Спектрите бяха декодирани според данните от [2]. Необходимите данни за изчисленията са взети от [3, 4].
Експерименталната техника е описана по-подробно в [5]. Използвайки измерените оптични характеристики и параметрите на плазмата [6, 7], както и техните времеви зависимости, може да се разшири обхватът на техниката и да се подобри нейната точност.
kTe A (11/12) E1 - E2 11/12
Ln ¡xM ^ V12 ^ 2 A
Тук ATe/Te е относителната грешка при определяне на температурата;/1 // 2, A (/ 1 // 2) - съотношение
интензитети и абсолютна грешка при определянето му; A1/A1, A (A2/L1) - съотношението на вероятностите за спектрални преходи и неговата абсолютна грешка; E1 2 - енергии на горните нива на преходи; g1 2 - техните статистически тегла; 2 - дължини на вълните на спектрални линии.
Формула (2) за грешката на електронната температура, определена от (1), беше изведена в [8]. Тази грешка намалява с увеличаване на разликата между горните енергийни нива на спектралните преходи и при даден E1-E2 се променя пропорционално на грешката при определяне на съотношението на интензитета. С увеличаване на интензитета грешката при определянето му намалява. Следователно при определяне на зависимостта на Te от времето съгласно (1) трябва да се получи минималната грешка при максималните стойности на интензитета и оптимално избраната стойност на E1-E2. На практика се наблюдава различна картина: положението на максимумите е доста стабилно, а абсолютната стойност на температурата за различни измервания надхвърля границите на съответните доверителни интервали. Очевидно е, че абсолютната стойност на температурата във всеки конкретен случай е обвързана с точността на изчисляване на вероятността от спектрален преход и, както показва осредненото разпределение на Болцман [7], грешката във времевата база Te е много по-голяма.