激光等离子体的电学特性研究综述
毕业论文关键词 激光等离子体 电子温度 电子密度
Title Summary of the electrical characteristics of laser plasma
Abstract With the continuous development of science and technology in recent years，peopleto study laser plasma heat continues to heat up, which studies involving plasmaelectrical properties is also increasing.This paper focuses on theoretical andexperimental studies of plasma temperature and electron density of the expandedresearch emphasis for the experimental principle of plasma electron density andplasma temperature, the methods and means in-depth analysis and detaileddiscussion and summarized. Methods of measurement are specifically addressed:interferometry, Moire deflection, spectroscopy, probe method. And to compare thesemethods, their advantages and disadvantages and applicability are described
Keywords Laser Plasma Electron temperature Electron density
目次
1引言1
1.1背景简介.1
1.2等离子体的研究进展及应用.1
1.2.1等离子体的研究进展1
1.2.2等离子体的应用2
1.3本文的主要工作.3
2等离子体的理论基础及特性参量4
2.1等离子体的简介及理论基础.4
2.2等离子体的特性参量介绍.5
2.3本章小结.5
3等离子体电子密度的测量方法7
3.1干涉法测量等离子体电子密度.7
3.1.1Mach-Zehnder干涉法测量等离子体电子密度.7
3.1.2全息干涉法测量等离子体电子密度9
3.1.3偏振光干涉法测量等离子体电子密度10
3.2发射光谱的Stark展宽法测量等离子体电子密度.11
3.3莫尔偏折法测量等离子体电子密度.13
3.4本章小结.14
4等离子体电子温度的测量方法15
4.1光谱法计算等离子体电子温度.15
4.1.1绝对强度法测量等离子体电子温度15
4.1.2二谱线法测量等离子体电子温度16
4.1.3多谱线法测量等离子体电子温度16
4.1.4双示踪元素等电子谱线法测量等离子体电子温度17
4.1.5Saha法测量等离子体电子温度17
4.1.6Boltzmann方法和二谱线法的改进.18
4.2探针法测量等离子体电子温度.19
4.3电探针法与光谱诊断法的分析比较.21
4.4本章小结.21
结论22
致谢23
参考文献24
1 引言1.1 背景简介激光是一种方向性好,亮度高的电磁波，它作为一种灵敏精确的工具发挥着重要的作用，而它的高能量密度还可以改变物质正常状态，这也为人们提供了全新的研究领域[1]。激光与物质的相互作用也成为一个非常重要方向，并被人们广泛研究。而产生等离子体的手段也很多，其中也涉及到许多等离子体的物理基础[2,3]。在目前许多实验中，人们用高功率短脉冲激光作用于物质表面时，当激光能量密度超过材料的烧蚀阈值后，与激光接触部分固体材料发生气化，在材料表面形成激光等离子体。为了弄清和控制激光与物质相互作用过程，人们在激光诱导等离子体声信号、光信号和电信号测量方面已进行了大量工作。由于激光等离子体本身是大量正负电荷的聚集体，并且处于剧烈的时间和空间变化之中，同时伴随着带电粒子的不断产生，复合及高速向外喷射等行为，这些过程都会使激光等离子体对外产生一定的电特性，也统称为等离子体的电学效应[4]。通过对等离子体的电学效应进行实验和理论的研究，可以得到有关等离子体的信息。1.2 等离子体的研究进展及应用1.2.1 等离子体的研究进展等离子体的概念自从被提出后就为人们所重视，人们也对等离子体进行了很多方面的研究。等离子体物理学迅速发展，在工农业、医学、军事等诸多领域都得到广泛应用，如受控热核反应、磁流体发电机、等离子体炬等。在生物医学方面的应用，低温等离子技术可以产生新的医学材料，引进新的功能团等[5]；在工业方面，等离子体还可以用作催化剂加快反应速率,降解处理废弃物，处理环境污染[6]；将硅等离子注入镁中还可以增强抗腐蚀性[7]；等离子体的电弧熔炼技术还可以用于金属的冶炼提纯当中[8]；在军事上，等离子体还可以应用在舰艇隐身方面，航天飞行方面[9]。下面将对其中的几个方面进行介绍。如唐兰等人[6]对废弃物进行等离子体热解，气化的系统进行了总结和分析。最开始的时候，人们研究此项技术是为了处理一些有害的，有毒的废物，特别是放射物质，随着技术的发展成熟，人们又利用此项技术来处理其他废物，并对其中有价值的东西进行回收再利用，这不仅可以减少环境的污染，而且还可以很好的利用资源，减少浪费，对于资源日益贫乏的地球来说，研究此项技术十分有利于人类的发展。而吴云等人[10]对等离子体流动控制进行了总结分析。人们很早之前就对等离子体流动控制进行了研究，刚开始主要是研究高超声速飞行减阻，最近几年在进行亚声速等离子体流动控制。对于此项技术的研究，国外起步较早，我国虽然晚了一点，但一直在奋起直追。等离子体流动控制技术属于等离子体动力学研究的方面，它响应较快，主要应用在发动机动力方面。除此之外，于骁等人[11]对等离子体刻蚀工艺进行了分析总结。等离子体刻蚀技术可达到20-30 的分辨率，目前没有哪种技术能与之媲美，因此应用非常广泛。经过人们长期的实践研究，得出刻蚀主要有两种模型方法，一种是粒子学方法模型，另一种是动力学方法模型。很早已前还没有将计算机应用到此类方法当中，计算不是很精确和快捷，随着计算机的发展，加工尺寸越来越小，甚至到了原子量级。相信随着技术的进一步发展，刻蚀尺度一定会更加精确。然而，等离子体的产生以及其与物质的相互作用过程都相当复杂，人们对许多问题的认识还不是很透彻，仍需要进一步探索研究。为了获得更多的信息，对等离子体的特性参量进行探测与研究是非常重要且必要的，而第二章中将对等离子体的电学特性参量进行简单的介绍。1.2.2 等离子体的应用实际生活中，等离子体可以应用到很多方面。例如在发光方面，它可以作为一种发光效率很高的光源，也可以用作显示技术，比如等离子体电视机；在获得高温方面，它可以获得普通方法难以获得的高温；在增加化学活性方面，它可以当做催化剂，促进反应的进行，如快速杀菌和降解等。另一方面，很多学者通过对等离子体进行进一步的研究，将其应用到实际当中。如李世雄，白忠臣等人[12]采用激光诱导等离子体加工法在石英上加工微通道，在显微镜下没有观察到热裂纹，验证了激光诱导等离子体加工石英微通道可以消除大量热裂纹。除此之外，还有很多人研究激光在石英上加工微通道[13-16]。胡慧琴等人[17]用激光诱导光谱击穿法快速检测了水中重金属元素铬， 验证了此方法可以快速检测水中重离子， 但精确度有待提高。 付宁等人[18]研究了飞秒激光等离子体在高超速飞行器减阻中的应用，最终得出飞秒激光能量越高，减阻比越高，效果越好，并最终得出最佳减阻比，节约了激光能量。刘倡[19]对激光诱导等离子体助燃进行了研究，为实现激诱导等离子助燃提供了依据。而探测激光等离子体的电子温度也已在流体力学，文物保护，喷涂，微量元素定量分析，医疗卫生，环境监测等各个领域得到成功应用[20,21]。而本文主要就针对等离子体的电子密度和电子温度的探测方法做了深入的调研分析。1.3 本文的主要工作本文介绍了解激光等离子体的研究进展以及等离子体在生产，生活中的应用。并重点介绍了几种测量等离子体电子密度和电子温度的方法。通过各种方法的对比，得出每种方法的优缺点以及适用条件，这样可以为我们以后的应用提供方便。文中还列举了人们在探测等离子体电子密度和电子温度方法的创新以及改进，这些思想是非常值得我们继承和发扬的。
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