Эмиссионная спектроскопия в задачах диагностики лазерной плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

» и ол

Ъазяров Иван Васильевич

эмиссяонвая СПЕКТРОСКОПИЯ в задачах ДИАГНОСТИКИ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ

Специальность 01 04.05 - оптика

■ Чнторефгрлт диссермцли на соискание ученой степиш кандидата физико-математических наук

Хабаровск 2000

Работа выполнена в Дальневосточном государственном университете.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

Букин О. А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Щевцов Б. М.;

кандидат физико-математических наук, профессор Фалеев Д. С.

Ведущая органгоация: Московский физико-технический институт

Защита состоится 29 марта 2000 года в 16 — на заседают специализированного Совета К 114.12.01 при Дальневосточном государственном университете путей сообщения по адресу: 680021, Хабаровск, ул. Серышева, 47, ауд. 204.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дальневосточного государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 15 февраля 2000 года.

Ученый секретарь специализированного Совета К 114.12.01.

Кандидат технических наук Шабалина Т. Н.

£3 У</. 3&1 03 В33,5>с1)03

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований эмиссионных спектров плазменного факела, генерируемого лазерными импульсами различной временной формы на поверхности твердых мишеней в условиях расположения мишени в газовой атмосфере при различных давлениях. В настоящее время существует широкий круг задач, для решения которых используется плазма, образующаяся при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом мишени. При этом, в зависимости от конкретной прикладной задачи, для возбуждения плазменного факела могут быть использованы лазерные импульсы с различной длиной волны, энергией, длительностью и формой импульса, а разлет эрозионного вещества мишени может осуществляться как в условиях вакуума, так и в буферный газ [1 - 4]. Для определения параметров лабораторной лазерной плазмы возможно использование различных контактных и дистанционных методов диагностики плазмы (в частности, применение магнитных зондов разной формы), однако предпочтение, когда это представляется возможным, отдается бесконтактным спектральным методам диагностики, позволяющим определять целый ряд термодинамических параметров плазмы. Наряду с неоспоримыми достоинствами метода диагностики плазмы с использованием эмиссионных спектров существуют несколько факторов, ограничивающих в ряде случаев его информативность. Так, для корректной оценки электронной температуры в плазме необходимо осуществить правильный выбор модели, описывающей исследуемую плазму. В настоящее время большинство реализуемых плазменных состояний могут быть описаны с точки зрения следующих моделей: локального термодинамического равновесия (ЛТР), корональной модели и столкновительно-излуча-тельной модели. Особый практический интерес представляет ЛТР-плазма, поскольку количественная диагностика плазмы, подчиняющейся корональной или столкновительно-излучательной модели с использованием измерен-

ных значений интенсивностей и контуров эмиссионных линий, часто затруднена тем, что требует знания различных сечений атомов и ионов для процессов, протекающих в плазме: возбуждение уровня электронным ударом, излучательной рекомбинации, ионизации электронным ударом и др. Определение величин этих сечений представляет сложную кванговомехани-ческую задачу, удовлетворительно решенную лишь для атома водорода и водородоподобных ионов. Выполнимость модели JITP позволяет использовать спектроскопические методы для измерения параметров лазерной плазмы, в частности, использовать интенсивности эмиссионных линий различных элементов в плазменном факеле для оценки ее температуры. Однако, в ряде случаев температура, определенная таким способом по различным парам эмиссионных линий, имеет значительный разброс, что может быть вызвано либо неучтенным самопоглощением в плазме или отступлением плазмы от JITP. Поэтому актуальным является поиск таких методов определения основных термодинамических параметров плазмы, которые не требовали бы априорной выполнимости критериев ЛТР для рассматриваемой плазмы. В данной работе анализ состояния плазмы проведен на основе измерения параметров квадратичного эффекта Штарка (уширения и сдвига центров линий) эмиссионных линий А1 и Mg.

Другая задача данной работы была связана с изучением влияния давления буферного газа, в котором осуществляется разлет эрозионного материала лазерной плазмы, на формирование ее эмиссионного спектра. Одна из причин актуальности такого экспериментального исследования вызвана применением лазерной искровой спектроскопии (ЛИС) на жидких и твердых мишенях в условиях нормальной атмосферы. В последнее время большое число экспериментальных исследований посвящено разработке этого метода (в англоязычной научной литературе именуемого Laser-Induced Breakdown Spectroscopy - LIBS), применяемого для проведения элементного анализа вещества. Использование метода лазерной искровой спектроскопии для определения содержания примесей некоторых тяжелых металлов имеет предел обнаружения последних вплоть до 10"3 - 10'2 %, причем основными

достоинствами этого метода являются его оперативность и возможность проведения элементного анализа in situ. Регистрация эмиссионных спектров лазерной плазмы проводится в условиях нормальной атмосферы без предварительной подготовки мишеней. При возбуждении плазмы на поверхности мишени, расположенной в газовой атмосфере, в эмиссионном спектре лазерной плазмы возникает ряд особенностей, по сравнению с плазмой, получаемой в условиях вакуума [5]. Эти особенности могут существенно повлиять на результаты эксперимента при использовании лазерной искровой спектроскопии в натурных условиях. В связи с этим представляется актуальным исследование спектральных характеристик плазменного факела, генерируемого лазерным излучением на поверхности твердых тел при различных давлениях окружающего газа и лазерными импульсами различной временной формы.

В связи с вышесказаш!ым, представляется актуальным проведение экспериментальных исследований особенностей эмиссионных спектров лазерной плазмы при генерации последней лазерными импульсами различной формы; в частности, исследование механизмов, приводящих к уширению резонансных переходов в плазме. Для того, чтобы максимально реализовать чувствительность метода лазерной искровой спектроскопии, необходимо соответственным образом выбрать эмиссионную линию исследуемого элемента для регистрации. Обычно выбирается наиболее интенсивная линия, проявляющаяся в спектре при искровом способе возбуждения. В большинстве случаев наиболее интенсивными эмиссионными линиями в тех спектральных участках, которые доступны для регистрации обычными методами, являются резонансные линии соответствующих элементов. При размещении мишени в газовой атмосфере интенсивность эмиссионных линий возрастает. Возрастает и контраст линий, несмотря на то, что наблюдается рост интенсивности непрерывного спектра. Однако, наряду с возрастанием интенсивности линий, в нормальной атмосфере происходит и возрастание полуширины эмиссионной линии. В связи с чем, вопрос о величинах полуширин линий, выбранных для регистрации, и

механизмах взаимодействия частиц в плазме, приводящих к уширению линий, является важным с точки зрения исследования условий, при которых возможно реализовать максимальную чувствительность метода лазерной искровой спектроскопии.

Учитывая прикладную важность модели ЛТР в плазме, представляется актуальной экспериментальная проверка тех критериев, которые определяют выполнимость данной модели в плазме, генерируемой лазерными импульсами с различными энергетическими и временными параметрами. В настоящей работе рассмотрены случаи возбуждения плазменного факела одним гигантским импульсом и лазерным импульсом сложной временной формы, представляющим собой несколько импульсов модулированной добротности на фоне свободной генерации. Для определения основных параметров плазмы использовались методы, не требующие априорного предположения о наличии больцмановского распределения.

Цель работы. Экспериментальное исследование влияния давления буферного газа на основные характеристики эмиссионных спектров лазерной плазмы, генерируемой лазерным импульсом на поверхности твердых мишеней. Получение зависимостей параметров штарк-эффекта (уширения и сдвига эмиссионных линий) от давления буферного газа. Реализация метода диагностики лазерной плазмы (определение электронной плотности и температуры) с использованием одновременной регистрации упшрений и сдвигов эмиссионных линий, соответствующих квадратичному эффекту Штарка.

Исследование вклада различных механизмов уширения резонансных линий плазмы, генерируемой лазерными импульсами различной временной формы на поверхности твердых мишеней, расположенных в условиях окружающей атмосферы.

Проверка выполнимости критериев ЛТР в плазме, с использованием экспериментальных методов определения ее основных параметров, не требующих априорного предположения о существовании ЛТР в исследуемой плазме. Как для случая возбуждения плазменного факела одним гигантским

импульсом, так и для случая возбуждения лазерным импульсом сложной временной формы, представляющим собой несколько импульсов модулированной добротности на фоне свободной генерации.

Научная новизна работы определяется теми экспериментальными результатами, которые получены при исследовании особенностей формирования эмиссионных спектров лазерной плазмы, генерируемой на поверхности мишеней, расположенных в газовой атмосфере при различных давлениях, лазерными импульсами с различной энергетикой и длительностью.

1. Впервые была исследована зависимость параметров квадратичного штарк-эффекта в лазерной плазме от давления окружающего газа.

2. Предложена методика определения основных термодинамических параметров лазерной плазмы не требующая априорного выполнения ЛТР в исследуемой плазме.

3. Впервые исследован вклад различных механизмов определяющих уширение эмиссионных линий лазерной плазмы при возбуждении оптического пробоя на поверхности мишеней лазерными импульсами различной временной формы.

4. Проведена оценка выполнимости критериев ЛТР для лазерной плазмы, генерируемой на поверхности твердых мишеней, расположенных в газовой атмосфере, при возбуждении эмиссионных спектров лазерными импульсами различной временной формы.

Практическая значимость работы определяется следующим:

1. Предложенный метод определения основных термодинамических параметров лазерной плазмы по характеристикам штарк-эффекта эмиссионных линий значительно расширяет возможности спектроскопического метода для диагностики состояния плазмы, поскольку не требует априорного предположения о выполнимости критерия ЛТР для исследуемой плазмы.

2. Результаты, полученные при исследовании зависимости параметров эмиссионных линий плазмы от давления буферного газа, позволяют выбрать

оптимальные условия для получения максимального контраста регистрируемых эмиссионных линий на фоне широкополосного рекомбинационного излучения лазерной плазмы. Это имеет принципиальное значение для увеличения чувствительности метода лазерной искровой спектроскопии по обнаружению следов элементов.

3. Проведенные оценки выполнимости критериев JITP для лазерных плазм, генерируемых лазерными импульсами различной временной формы, имеют практическое значение при выборе параметров лазерного излучения для решения широкого круга прикладных задач, с использованием метода лазерной искровой спектроскопии.

4. Результаты, полученные при исследовании различных механизмов уширения спектральных линий в лазерной плазме, позволяют проводить выделения резонансного уширения и осуществлять измерение плотности нейтральных атомов по величине резонансного уширения атомных линий.

Результаты, полученные в данной работе, использовались при выполнении гранта РФФИ № 96 - 02 - 19172 "Экспериментальные исследования механизма лазерного диэлектрического пробоя в жидкости", а также при выполнении проекта "Вестпак" программы Мировой океан в 1998 - 1999 гг.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- 31st European Group for Atomic Spectroscopy Conference. Marseille, France, 1999;

- 16th International Conference on Coherent and Nonlinear Optics. Moscow, 1998;

- 11th APS Topical Conference on Atomic Processes in Plasmas. Auburn, USA, 1998;

- Региональная конференция по физике. Владивосток, 1999;

- XLVII Молодежной научно-технической конференции. Владивосток, 1999;

- V Всероссийская конференция студентов-физиков. Екатеринбург, 1999;

- Региональная конференция по физике. Владивосток, 1998;

- Региональная естественнонаучная конференция. Владивосток, 1997;

Результаты, полученные в диссертации, опубликованы в одиннадцати работах.

Структура в объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 95 страницах машинописного текста, включая 25 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 68 наименований.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Зарегистрирован рост полуширины и сдвига эмиссионных линий лазерной плазмы, отвечающих квадратичному эффекту Штарка, с увеличением давления окружающего газа, который объясняется более интенсивным при повышении давления газа вокруг мишени разогревающим и ионизирующим действием ударной волны, формирующейся на границе разлета эрозионного материала мишени и газовой атмосферы.

2. Предложен и реализован новый метод определения электронной температуры и плотности плазмы, возбуждаемой лазерными импульсами с энергией 0,4 - 0,6 Дж, с использованием зарегистрированных значений штарковских полуширин и сдвигов эмиссионных линий без априорного требования о наличии ЛТР в лазерной плазме.

3. Для лазерной плазмы, возбуждаемой импульсами различной временной формы с энергией не превышающей 1 Дж, атомы заселены по энергетическим уровням в соответствии с больцмановским распределением. Уже для однократно заряженных ионов наблюдается отступление от больц-мановского закона распределения ионов по энергетическим уровням. Лазерная плазма в данном случае оказывается менее ионизованной, чем предсказывает уравнение Саха.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведен краткий обзор литературы, обоснование актуальности постановки задачи, сформулированы основные цели исследования.

В главе 1 приводятся результаты экспериментальных исследований параметров штарковского уширения (полуширина и сдвиг эмиссионных линий) в лазерной плазме, генерируемой на поверхности твердых мишеней, расположенных в газовой атмосфере.

В разделе 1.1 приводятся схема, описание и параметры экспериментальной установки, разработанной и созданной для исследования параметров эмиссионных линий плазмы, возбуждаемой сфокусированным лазерным импульсом различной временной формы на поверхности твердых мишеней, расположенных в газовых атмосферах при различных давлениях. В схеме регистрации эмиссионных спектров использовались два канала: в первом - двойной монохроматор МДР-6 с величиной обратной линейной дисперсии до 6,5 к/мм, служащий для регистрации контура и сдвига спектральных линий, а во втором - спектрограф ИСП-30, позволяющий получать спектр в диапазоне длин волн 230 - 600 нм, служащий для идентификации эмиссионных линий элементов лазерной плазмы. В качестве регистрирующей системы для измерения контуров эмиссионных спектров лазерной плазмы использовался многоканальный оптический анализатор спектров, основной элемент которого, линейка приборов с зарядовой связью, был расположен на месте выходной щели монохроматора.

В разделе 1.2 приводятся результаты экспериментальных исследований эмиссионных спектров лазерной плазмы, генерируемой на поверхности алюминиевых мишеней, расположенных в газовой атмосфере при различных давлениях. Указывается на ряд особенностей, возникающих при генерации лазерной плазмы в условиях газовой атмосферы при нормальном давлении по сравнению с вакуумом - значительный рост интенсивностей эмиссионных

/, ота.сд.

/-П

.1 А11

Г-ч.

Г-?:1..

Рис. 1. Зависимости интенсивностей эмиссионных линии А11 (3961,5 А), А1 П (4663 А) и А1 Ш (4529 А) лазерной плазмы от давления гелия вокруг мишени.

линий (порядка 20 раз), сдвиг центров эмиссионных линий А11 ЗБ2Зр 2Р°з,7,1/2 - ЗэМэ 25,/2 в красную область спектра (порядка 1 А).

На рис 1 приведены экспериментально полученные зависимости интен-сивностей эмиссионных линий атомов и ионов алюминия различной степени ионизации от давления гелиевой атмосферы в диапазоне давлений до 3 атм.

На рис. 2 а) приведена зависимость полуширины у (в ангстремах) менее яркой компоненты резонансного дублета А11 (3944 А) от давления воздуха. Плазменный факел возбуждался лазерным импульсом модулированной добротности длительностью 20 не с энергией 0,4 Дж. Ширина линии растет приблизительно линейно с ростом давления для различных газовых атмосфер (гелий, воздух).

На рис. 2 б) приведена зависимость сдвига Д центра эмиссионной линии А1 I (3944 А) от давления воздуха. Для точного определения

л, А

р, торр

Рис. 2. Зависимость штарковского уширеиия у (а) и смещения Д (б) центра линии излучения А11 (3944 А) от давления воздуха р вокруг мишени.

«о

смещения спектральных линий использовалась калибровочная линия ртути Hg I (4046 А). Каждой точке на графике 2 б) соответствует измерение эмиссионного спектра того же плазменного факела, что и данным на графике зависимости полуширины от давления воздуха (рис. 2 а). В зависимости сдвига центра лини от давления окружающего газа наблюдается рост вплоть до давлений порядка 600 mopp-, при дальнейшем повышении давления газовой атмосферы сдвиг линии остается постоянным. При давлении окружающего газа меньше 200 mopp регистрация смещения спектральной линии алюминия была затруднена, поскольку величина смещения была меньше полуширины аппаратной функции.

Глава 2 посвящена исследованию возможности использования параметров эмиссионных линий лазерной плазмы для определения ее основных термодинамических характеристик.

В разделе 2.1 приводится краткий обзор результатов теоретических расчетов уширения и сдвига эмиссионных линий плазмы за счет квадратичного пггарк-эффекта [6, 7]. Показывается, что используя одновременно зарегистрированные полуширину и сдвиг эмиссионной линии, отвечающие квадратичному эффекту Штарка, можно произвести оценку электронной температуры и плотности в лазерной плазме, без априорного требования о наличии локального термодинамического равновесия в исследуемом объеме плазмы. На рис. 3 приведены результаты расчетных значений электронной температуры (а) и электронной плотности (б) лазерной плазмы от давления воздуха вокруг мишени с использованием экспериментально полученных значений пггарковского уширения и сдвига линии AI I (3944 А) с последовательным учетом влияния аппаратного и доплеровского уширений. Наблюдаемый рост электронной температуры и плотности объясняется формирующейся в условиях окружающего газа ударно-волновой структурой, приводящей к дополнительному разогреву и ионизации лазерной плазмы.

В разделе 2.2 обсуждаются другие, кроме пггарковского, механизмы уширения спектральных линий, которые могут иметь место в лазерной

~ 7 05

А й

я 6

а

£ 5

а,

" л

в 4

а 2

о

Р"

и

О)

о о

20 0

300

400

500

600

г

700

800

давление (торр)

400

давление (торр)

800

Рис. 3. Расчетные значения электронной температуры (а) и электронной плотности (б) лазерной плазмы от давления воздуха вокруг мишени.

Рис. 4. Эмиссионный спектр резонансного дублета А1 I плазмы, генерируемой лазерным импульсом модулированной добротности (а) и импульсами с различной долей свободной генерации (б, в). Справа приведена временная развертка возбуждающих лазерных импульсов.

плазме: доплер-эффект, уширение собственным давлением, ван-дер-вааль-совское уширение. Также рассматривается влияние явлений реабсорбции излучения на регистрируемый эмиссионный спектр лазерной плазмы.

Раздел 2.3 посвящен исследованию возможности использования значений полуширин и сдвигов эмиссионных линий для диагностики плазменного факела в случае возбуждающего лазерного импульса сложной формы. На рис. 4 приведены соответствующие эмиссионные спектры резонансного дублета А1 I плазмы, генерируемой лазерным импульсом модулированной добротности (а) длительностью 20 не, и импульсами с различной долей свободной генерации (б, в). Справа приведена временная развертка возбуждающих лазерных импульсов. Крестами отечены положения центров несмещенных спектральных линий (а). Пунктирной линией показана аппроксимация спектра лоренцевским контуром (в). В случае возбуждения лазерной плазмы лазерным импульсом со значительной долей свободной генерации (в) резонансный переход А11 оказывается уширенным вследствие механизма уширения собственным давлением. Для диагностики плазмы в этом случае можно использовать эмиссионные линии примесных элементов известных концентраций в плазме, которые оказываются уширенными вследствие штарковского эффекта. В п. 2.3 проводится диагностика лазерной плазмы, возбуждаемой лазерным импульсом со значительной долей свободной генерации, с помощью уширений и сдвигов триплета магния М^ I ЗвЗр - 3$4з 53ь находящегося в используемой алюминиевой мишени в концентрации 5 %.

Глава 3 посвящена выполнимости критериев модели ЛТР в лазерной плазме, генерируемой импульсами различной временной формы на поверхности твердых мишеней, расположенных в газовой атмосфере. Для проверки критериев модели ЛТР использовались значения основных параметров лазерной плазмы (электронная температура, электронная плотность и плотность нейтральных частиц), определенных с помощью методов, не требующих априорного знания о применимости закона

Больцмана для распределения атомов / ионов по энергетическим уровням.

В п. 3.1 приводятся сами условия выполнимости модели ЛТР в плазме: критерий доминирования частоты возбуждения / девозбуждения электронными ударами в плазме по сравнению с частотой спонтанных переходов, критерий стационарности и критерий пространственной однородности в плазме.

В п. 3.2 обсуждается выполнимость критериев ЛТР для плазмы, генерируемой в условиях нормальной атмосферы импульсами различной временной формы. Показано нарушение критерия ЛТР для однократно заряженных ионов. Данный результат подтверждается экспериментально зарегистрированным свидетельством отступления от больцмановского закона распределения ионов по энергетическим уровням путем сравнения шггенсивностей различных эмиссионных линий ионов Ре П.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана и создана экспериментальная установка для исследования параметров эмиссионных линий плазмы, возбуждаемой сфокусированным лазерным импульсом различной временной формы на поверхности твердых мишеней, расположенных в газовых атмосферах (гелий, воздух) при различных давлениях.

2. Исследованы зависимости от давления окружающего газа параметров уширения (полуширина и сдвиг) эмиссионных линий А11 3э23р 2Р°з/2>1/2 - ЗбМэ 23|/2 лазерной плазмы, отвечающих квадратичному эффекту Штарка. Обнаружен рост параметров квадратичного штарк-эффекта с увеличением давления окружающего газа, который объясняется более интенсивным при повышении давления газа вокруг мишени разогревающим и ионизирующим действием ударной волны, формирующейся на границе разлета эрозионного материала мишени и газовой атмосферы.

3. Экспериментально получена зависимость интенсивности эмиссион-

ных линий атомов и ионов различной кратности ионизации от давления окружающей атмосферы. В зависимости интенсивности атомных линий от давления окружающего газа наблюдается явно выраженный максимум в интервале давлений 400 - 700 mopp как для воздуха, так и для гелия. Интенсивность спектральных линий возрастает приблизительно в 20 раз по сравнению с лазерной плазмой, генерируемой в условиях вакуума. Максимум интенсивности линии шлучения однократно ионизированного иона более размыт и смещен по давлению относительно линии нейтрального атома в сторону больших давлений.

4. Проведены расчеты электронной температуры и плотности плазмы с использованием зарегистрированных значений пггарковских полуширин и сдвигов эмиссионных линий без априорного требования о наличии ЛТР в лазерной плазме. Оценки проведены для плазмы, генерируемой лазерным импульсом модулированной добротности при различных давлениях газовой атмосферы с использованием параметров штарковсхого уширения эмиссионных линий AI I 3s23p 2Р°з/2,1/2 ~ 3s24s 2S1/2; и для плазмы, генерируемой лазерными импульсами сложной временной формы (импульс, состоящий из нескольких пичков модулированной добротности на фоне свободной генерации разной интенсивности) в условиях нормальной атмосферы с использованием параметров штарковского уширения эмиссионных линий Mg I 3s3p 'Р'о.ы -3s4s3Si.

5. Проведен анализ вклада различных механизмов уширения резонансных линий алюминия для лазерной плазмы, генерируемой на поверхности мишени, расположенной в нормальной атмосфере, импульсами различной временной формы. Показано, что в случае возбуждения плазменного факела импульсом модулированной добротности, доминирующим механизмом уширения резонансного дублета алюминия является пггарковский механизм, а в случае возбуждения плазмы лазерным импульсом сложной формы со значительной долей свободной генерации - механизм уширения собственным давлением.

б. Проверена выполнимость критериев JITP в лазерной плазме, генерируемой в условиях нормальной атмосферы на поверхности твердых мишеней импульсами различной временной формы. Показано, что для лазерной плазмы, возбуждаемой импульсами различной временной формы с энергией не превышающей 1 Дж, атомы заселены по энергетическим уровням в соответствии с больцмановским распределением. Уже для однократно заряженных ионов наблюдается отступление от больцмановского закона распределения ионов по энергетическим уровням. Лазерная плазма в данном случае оказывается менее ионизованной, чем предсказывает уравнение Саха. В случае возбуждения плазмы лазерным импульсом со значительной долей свободной генерации времена выравнивания температуры атомов и электронов оказываются много большими времени жизни лазерной плазмы.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Букин О. А., Павлов А. Н., Сушилов Н. В. Использование спектроскопии лазерной искры для анализа элементного состава водных сред. ЖПС. - 1990. - Т. 52, № 5. - С. 736-738.

2. Буфетов И. А., Буфетова Г. А., Кварцов С. Б. и др. Нагрев плазмы на металлической мишени наносекундными импульсами первой, второй и четвертой гармоник Nd-лазера. Квантовая электроника. - 1995. - Т. 22, № 8. - С. 825-829.

3. Lee Y. I., Song К., et al. Influence of atmosphere and irradiation wavelength on copper plasma emission induced by excimer and Q-switched Nd:YAG laser ablation. Journal of Applied Spectroscopy. - 1997. - Vol. 51, No. 7. - P. 959-964.

4. Ho W. F., Ng C. W., Cheung N. H. Spectrochemical analysis of liquids using laser-induced plasma emissions: effects of laser wavelength. Journal of Applied Spectroscopy. - 1997. - Vol. 51, No. 1. - P. 87-91.

5. Букин О. А., Свириденков Э. А., Сушилов H. В. и др. Регистрация

аномального самообращения эмиссионных линий в лазерной плазме, генерируемой на поверхности твердых мишеней в нормальной атмосфере. Квантовая электроника. - 1997. - Т. 23, № 8. - С. 725-726.

6. Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме. - Москва: Мир, 1978.-491 С.

7. Вайншгейн Л. А., Собельман И. И., Юков Е. А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. - Москва: Наука, 1979. - 173 С.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. О. А. Букин, И. В. Базаров и др. Влияние давления газовой атмосферы на характеристики эмиссионных спектров лазерной плазмы, генерируемой на поверхности твердых мишеней. Квантовая электроника. -1998. - Т. 25, № 8. - С. 707-710.

2. О. А. Букин, И. В. Базаров и др. Механизмы уширения эмиссионных линий лазерной плазмы, генерируемой на поверхности твердых мишеней. ЖПС. - 2000. - Т. 67, № 2.

3. О. A. Bukin, I. V. Bazarov, et al. Shock wave effect on emission spectra of laser plasma induced on the surface of solid targets in gas atmosphere. Proc. SPIE - 1999. - Vol. 3734. - P. 41-47.

4. O. A. Bukin, I. V. Bazarov, et al. Diagnostics of laser plasma using stark effect and spectral line broadening by neutrals. Europhysics conference abstracts. 31st EGAS. Marseille. France 1999.-P. 492.

5. O. A. Bukin, I. V. Bazarov, et al. Shock wave effect on emission spectra of laser plasma induced on surface of solid target in gas atmosphere. 16th International Conference on Coherent and Nonlinear Optics. Moscow 1998.

6. I. V. Bazarov, O. A. Bukin, et al. Influence of ambient gas pressured plasma emission induced by laser radiation on the surface of solid bodies. 11th APS Topical Conference on Atomic Processes in Plasmas. Auburn. USA 1998. -P. 42.

7. И. В. Базаров. Механизмы ударного уширения эмиссионных линий плазмы, генерируемой лазерными импульсами различной формы. Региональная конференция по физике. Тезисы докладов. Владивосток 1999. -С. 67.

8. И. В. Базаров. Влияние ударных волн на термодинамические параметры лазерной плазмы. Тезисы ХЬУП Молодежной научно-технической конференции. ДВГМА. Владивосток 1999. - С. 29.

9. И. В. Базаров. Механизмы уширения эмиссионных линий лазерной плазмы, генерируемой на поверхности твердых мишеней. Тезисы 5-ой всероссийской конференции студентов-физиков. УрГУ. Екатеринбург 1999. -С. 260-262.

10.И. В. Базаров. Исследование проблемы равновесности лазерной плазмы спектроскопическими методами. Региональная конференция по физике. Тезисы докладов. Владивосток 1998. - С. 105.

11 .И. В. Базаров. Экспериментальные исследования влияния ударной волны на спектроскопические характеристики лазерной плазмы. Региональная естественнонаучная конференция. Тезисы докладов. Владивосток 1997. - С.8.

БАЗАРОВ Иван Васатьевич

Эмиссионная спектроскопия в задачах диагностики лазерной плазмы. Автореферат диссертации на соискание степени кандидата физ.-мат. наук.

Подписано к печати 01.02.00 г. Формат 60x84/16. Объем 1 п.л. Заказ № И . Тираж 100 экз. Бесплатно.

Отпечатано в ОНТИ ТОЙ ДВО РАН 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШТАРКОВСКОГО УШИРЕНИЯ В

ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЕ, ГЕНЕРИРУЕМОЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ

МИШЕНЕЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В ГАЗОВОЙ АТМОСФЕРЕ

1.1. Экспериментальная установка для исследования эмиссионных спектров лазерной плазмы

1.2. Особенности эмиссионных спектров лазерной плазмы, генерируемой на поверхности твердых мишеней, расположенных в газовой атмосфере при различных давлениях

ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭМИССИОННЫХ ЛИНИЙ ЛАЗЕРНОЙ

ПЛАЗМЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ

2.1. Использование квадратичного штарк-эффекта в лазерной плазме для определения электронной температуры и плотности

2.2. Различные механизмы уширения спектральных линий в лазерной плазме

2.3. Диагностика лазерной плазмы с использованием уширений и сдвигов эмиссионных линий в случае возбуждающего лазерного импульса сложной формы

ГЛАВА 3. ПРОВЕРКА ВЫПОЛНИМОСТИ КРИТЕРИЕВ МОДЕЛИ ЛТР В ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЕ, ГЕНЕРИРУЕМОЙ ИМПУЛЬСАМИ РАЗЛИЧНОЙ ВРЕМЕННОЙ ФОРМЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ МИШЕНЕЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В

ГАЗОВОЙ АТМОСФЕРЕ

3.1. Условия выполнимости модели ЛТР в плазме

3.2. Проверка критериев ЛТР для лазерной плазмы, генерируемой импульсами различной временной формы на поверхности твердых мишеней в условиях газовой атмосферы

В настоящее время существует широкий круг задач, для решения которых используется плазма, образующаяся при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом мишени (порог образования лазерной плазмы у поверхности твердых мишеней составляет величину плотности мощности излучения порядка 106 - 107 Вт!см2 и практически не зависит от материала мишени [1 - 3]). При этом, в зависимости от конкретной прикладной задачи, для возбуждения плазменного факела могут быть использованы лазерные импульсы с различной длиной волны, энергией, длительностью и формой импульса [4 - 6], а разлет эрозионного вещества мишени может осуществляться как в условиях вакуума, так и в буферный газ [7, 8]. Для определения оптимальных параметров лабораторной лазерной плазмы возможно использование различных методов диагностики плазмы (в частности, применение магнитных зондов разной формы), однако предпочтение, когда это представляется возможным, отдается спектральным методам диагностики, позволяющим определять целый ряд термодинамических параметров плазмы [9, 10]. Наряду с неоспоримыми достоинствами метода диагностики плазмы с использованием эмиссионных спектров существуют несколько факторов ограничивающих в ряде случаев его информативность. Так, для корректной оценки электронной температуры в плазме необходимо осуществить правильный выбор модели, описывающей исследуемую плазму [11]. В настоящее время большинство реализуемых плазменных состояний могут быть описаны с точки зрения следующих моделей: локального термодинамического равновесия (ЛТР), корональной модели и столкновительно-излучательной модели [12]. Особый практический интерес представляет ЛТР-плазма, поскольку количественная диагностика плазмы, подчиняющейся корональной или столкновительно-излучательной модели с использованием измеренных значений интенсивностей и контуров эмиссионных линий, часто затруднена тем, что требует знания различных сечений атомов и ионов для процессов, протекающих в плазме: возбуждение уровня электронным ударом, излучательная рекомбинация, ионизация электронным ударом и др., что само по себе представляет сложную квантово-механическую задачу, удовлетворительно решенную лишь для атома водорода и водородоподобных ионов [12]. Выполнимость модели ЛТР позволяет использовать спектроскопические методы для измерения параметров лазерной плазмы, в частности, использовать интенсивности эмиссионных линий различных элементов в плазменном факеле для оценки ее температуры [13, 14]. Однако, в ряде случаев температура, определенная таким способом по различным парам эмиссионных линий, имеет значительный разброс, что может быть вызвано либо неучтенным самопоглощением в плазме или отступлением плазмы от ЛТР. Так, в работах [15, 16] действительно было зарегистрировано отступление от ЛТР для плазмы, генерируемой лазерными импульсами наносекундной длительности и последовательностью из двух одинаковых импульсов длительностью 2,5 мкс, следовавших друг за другом с интервалом 20 мкс. Применение методов спектральной диагностики ЛТР-плазмы к лазерной плазме, не подчиняющейся ЛТР, приводит к неправильным оценкам основных термодинамических параметров плазмы [11].

В работах [17, 18] было зарегистрировано явление аномального самообращения эмиссионных линий лазерной плазмы, генерируемой на поверхности алюминиевой мишени в условиях нормальной атмосферы. Было высказано предположение, что данное явление обусловлено тем, что в центральной зоне плазмы, в которой происходят интенсивные атомные и ионные излучательные переходы, эмиссионные спектральные линии испытывают сдвиг в красную область за счет квадратичного эффекта Штарка.

Периферийные же участки плазмы, в которых электронная плотность и температура ниже чем в центральной части, поглощают свет, соответствующий несмещенной длине волны перехода (штарк-эффект здесь много меньше), что и приводит к аномальному (несимметричному) самообращению эмиссионных линий в плазме. Согласно теории уширения за счет квадратичного штарк-эффекта, одновременная регистрация штарковского уширения и сдвига центров эмиссионных линий лазерной плазмы позволяет сделать оценку основных параметров плазмы, не требуя наличия JITP в рассматриваемом объеме лазерного факела [19]. Значение уширения и сдвига эмиссионных линий плазмы, соответствующие квадратичному эффекту Штарка, позволяет определить электронную концентрацию и температуру в излучающем участке факела. Единственным необходимым для этого предположением, в рамках теории уширения электронными соударениями, является наличие максвелловского распределения электронов по скоростям [20]. Экспериментальная реализация нового предложенного подхода для диагностики лазерной плазмы явилась одной из поставленных в работе задач.

Другая задача данной работы была связана с изучением влияния давления буферного газа, в котором осуществляется разлет эрозионного материала лазерной плазмы, на формирование ее эмиссионного спектра. Одна из причин актуальности такого экспериментального исследования вызвана применением лазерной искровой спектроскопии на жидких и твердых мишенях в условиях нормальной атмосферы. В последнее время большое число экспериментальных исследований посвящено разработке этого метода (в англоязычной научной литературе именуемого Laser-Induced Breakdown Spectroscopy - LIBS), применяемого для проведения элементного анализа вещества [21 -25]. Использование метода лазерной искровой спектроскопии для определения содержания примесей некоторых тяжелых металлов имеет предел обнаружения последних вплоть до 10"3 - 10"2 %, причем основными достоинствами этого метода являются его оперативность и возможность проведения элементного анализа in situ [26 - 29]. Регистрация эмиссионных спектров лазерной плазмы проводится в условиях нормальной атмосферы без предварительной подготовки мишеней. При возбуждении плазмы на поверхности мишени, расположенной в газовой атмосфере, в эмиссионном спектре лазерной плазмы возникает ряд особенностей, по сравнению с плазмой, получаемой в условиях вакуума. Эти особенности могут существенно повлиять на результаты эксперимента при использовании лазерной искровой спектроскопии в натурных условиях. В связи с этим представляется актуальным исследование спектральных характеристик плазменного факела, генерируемого лазерным излучением на поверхности твердых тел при различных давлениях окружающего газа.

Чувствительность метода лазерной искровой спектроскопии определяется контрастом эмиссионных линий на фоне непрерывного излучения плазмы и зависит от многих факторов. Значительного снижения порога минимально обнаруживаемых концентраций возможно добиться путем проведения пространственно-временной селекции эмиссионных линий регистрируемых элементов. Для временной селекции проводится регистрация эмиссионных линий измеряемых элементов с некоторой задержкой относительно лазерного импульса, вызывающего оптический пробой (как правило, эта задержка составляет сотню наносекунд). За это время происходит высвечивание непрерывного спектра лазерной плазмы, в то время как эмиссионные линии только начинают формироваться (см. например [30, 31]). Пространственная селекция состоит в том, что регистрация проводится в тех зонах плазменного факела, где вклад непрерывного спектра в регистрируемый сигнал минимальный. Эти зоны расположены над горячей зоной плазмы, однако, оптимальная высота регистрации участка плазменного факела зависит от соответствующей эмиссионной линии регистрируемого элемента и его степени ионизации [32 - 34]. Кроме пространственно-временной селекции, при регистрации эмиссионных линий исследуемых элементов, для повышения величины контраста применяется метод многоимпульсного возбуждения плазменного факела. В этом случае, мишень облучается либо последовательностью гигантских импульсов, либо импульсом модулированной добротности на фоне импульса свободной генерации [35, 36].

В связи с вышесказанным, представляется актуальным проведение экспериментальных исследований особенностей эмиссионных спектров лазерной плазмы при генерации последней лазерными импульсами различной формы; в частности, исследование механизмов, приводящих к уширению резонансных переходов в плазме. Для того, чтобы максимально реализовать чувствительность метода лазерной искровой спектроскопии необходимо соответственным образом выбрать эмиссионную линию исследуемого элемента для регистрации. Обычно выбирается наиболее интенсивная линия, проявляющаяся в спектре при искровом способе возбуждения. В большинстве случаев, наиболее интенсивными эмиссионными линиями, в тех спектральных участках, которые доступны для регистрации обычными методами, являются резонансные линии соответствующих элементов. При размещении мишени в газовой атмосфере интенсивность эмиссионных линий возрастает [37, 33]. Возрастает и контраст линий, несмотря на то, что наблюдается рост интенсивности непрерывного спектра. Однако, наряду с возрастанием интенсивности линий, в нормальной атмосфере происходит и возрастание полуширины эмиссионной линии [37, 17]. В связи с чем, вопрос о величинах полуширин линий, выбранных для регистрации, и механизмах взаимодействия частиц в плазме, приводящих к уширению линий, является важным с точки зрения исследования условий, при которых возможно реализовать максимальную чувствительность метода лазерной искровой спектроскопии.

Учитывая прикладную важность модели ЛТР в плазме, представляется актуальной экспериментальная проверка тех критериев, которые определяют выполнимость данной модели в плазме [11]. Основные параметры лазерной плазмы, определяющие выполнимость этих критериев, существенно зависят от характера лазерного импульса, воздействующего на мишень. В работах [15, 16, 31] приводится обсуждение выполнения критериев ЛТР для случая возбуждения плазмы лазерными импульсами различной длительности. При этом, для проверки выполнения основного критерия ЛТР использовались значения электронных температур, которые определялись из соотношения интенсивностей спектральных линий в предположении больцмановского распределения атомов по уровням. В настоящей работе рассмотрены случаи возбуждения плазменного факела одним гигантским импульсом и лазерным импульсом сложной временной формы, представляющим собой несколько импульсов модулированной добротности на фоне свободной генерации. Для определения основных параметров плазмы использовались методы, не требующие априорного предположения о наличии больцмановского распределения.

Таким образом, в работе были поставлены следующие задачи:

Провести экспериментальные исследования влияния давления буферного газа на основные характеристики эмиссионных спектров лазерной плазмы, генерируемой лазерным импульсом на поверхности твердых мишеней. Получить зависимость параметров штарк-эффекта (уширения и сдвига эмиссионных линий) от давления буферного газа. Реализовать метод диагностики лазерной плазмы (определение электронной плотности и температуры) с использованием одновременной регистрации уширений и сдвигов эмиссионных линий, соответствующих квадратичному эффекту Штарка.

Исследовать вклад различных механизмов уширения резонансных линий плазмы, генерируемой лазерными импульсами различной временной формы на поверхности твердых мишеней, расположенных в условиях окружающей атмосферы.

Проверить выполнимость критериев ЛТР в плазме, используя экспериментальные методы определения ее основных параметров, не требующих априорного предположения о существовании ЛТР в исследуемой плазме. Рассмотреть как случай возбуждения плазменного факела одним гигантским импульсом, так и случай возбуждения лазерным импульсом сложной временной формы, представляющим собой несколько импульсов модулированной добротности на фоне свободной генерации.

Актуальность постановки данной работы определяется необходимостью разработки новых методов диагностики лазерной плазмы с использованием эмиссионной спектроскопии, применимых как к ЛТР-плазме, так и к плазме, в которой существуют отступления от модели ЛТР. Исследование зависимости параметров штарковского эффекта от давления окружающего газа позволит объяснить ряд особенностей эмиссионного спектра лазерной плазмы, возникающей при возбуждении плазменного факела в условиях окружающей атмосферы [17, 18]. Определение доминирующих механизмов уширения эмиссионных линий лазерной плазмы, возникающих при генерации плазменного факела лазерными импульсами различной временной формы, позволит найти оптимальные условия возбуждения плазменного факела для проведения лазерной искровой спектроскопии в натурных условиях, а также осуществить диагностику лазерной плазмы, используя экспериментально полученные значения полуширин и сдвигов эмиссионных линий лазерной плазмы, соответствующих этим доминирующим механизмам.

Основные результаты, полученные в работе:

1. Разработана и создана экспериментальная установка для исследования параметров эмиссионных линий плазмы, возбуждаемой сфокусированным лазерным импульсом различной временной формы на поверхности твердых мишеней, расположенных в газовых атмосферах (гелий, воздух) при различных давлениях.

2. Исследованы зависимости от давления окружающего газа параметров уширения (полуширина и сдвиг) эмиссионных линий AI I 3s23p 2Р°з/2,1/2 - 3s24s 2Si/2 лазерной плазмы, отвечающего квадратичному эффекту Штарка. Обнаружен рост параметров квадратичного штарк-эффекта с увеличением давления окружающего газа, который объясняется более интенсивным при повышении давления газа вокруг мишени разогревающим и ионизирующим действием ударной волны, формирующейся на границе разлета эрозионного материала мишени и газовой атмосферы.

3. Экспериментально получена зависимость интенсивности эмиссионных линий атомов и ионов различной кратности ионизации от давления окружающей атмосферы. В зависимости интенсивности атомных линий от давления окружающего газа наблюдается явно выраженный максимум в интервале давлений 400 - 700 mopp как для воздуха, так и для гелия. Интенсивность спектральных линий возрастает приблизительно в 20 раз по сравнению с лазерной плазмой, генерируемой в условиях вакуума. Максимум интенсивности линии излучения однократно ионизированного иона более размыт и смещен по давлению относительно линии нейтрального атома в сторону больших давлений.

4. Проведены расчеты электронной температуры и плотности плазмы с использованием зарегистрированных значений штарковских полуширин и сдвигов эмиссионных линий без априорного требования о наличии ЛТР в лазерной плазме. Оценки проведены для плазмы, генерируемой лазерным импульсом модулированной добротности при различных давлениях газовой атмосферы с использованием параметров штарковского уширения

2 2 о 2 2 эмиссионных линий А11 Зэ Зр Р 3/2,1/2 - Зв 4в Буг; и для плазмы, генерируемой лазерным импульсами сложной временной формы (импульс, состоящий из нескольких пичков модулированной добротности на фоне свободной генерации разной интенсивности) в условиях нормальной атмосферы с использованием параметров штарковского уширения эмиссионных линий I ЗэЗр 3Р°о12 - Зз4з 38ь

5. Проведен анализ вклада различных механизмов уширения резонансных линий алюминия для лазерной плазмы, генерируемой на поверхности мишени, расположенной в нормальной атмосфере, импульсами различной временной формы. Показано, что в случае возбуждения плазменного факела импульсом модулированной добротности, доминирующим механизмом уширения резонансного дублета алюминия является штарковский механизм, а в случае возбуждения плазмы лазерным импульсом сложной формы с значительной долей свободной генерации - механизм уширения собственным давлением.

6. Проверена выполнимость критериев ЛТР в лазерной плазме, генерируемой в условиях нормальной атмосферы на поверхности твердых мишеней импульсами различной временной формы. Показано, что для лазерной плазмы, возбуждаемой импульсами различной временной формы с энергией не превышающей 1 Дж, атомы заселены по энергетическим уровням в соответствии с больцмановским распределением. Уже для однократно заряженных ионов наблюдается отступление от закона Больцмана распределения ионов по энергетическим уровням. Лазерная плазма в данном случае оказывается менее ионизованной, чем предсказывает уравнение Саха. В случае возбуждения плазмы лазерным импульсом с значительной долей свободной генерации времена выравнивания температуры атомов и электронов оказываются много большими времени жизни лазерной плазмы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Агеев В. П., Горбунов А. А., Конов В. И. и др. Нагрев металлов наносекундными импульсами излучения ХеС1*-лазера с образованием приповерхностной плазмы. Квантовая электроника. - 1983. - Т. 10, № 7. - С. 1466-1469.

2. Борец-Первак И. Ю., Воробьев В. С. Пороги образования плазмы в парогазовой смеси у поверхности нагреваемых лазером металлов. Квантовая электроника. 1991. - Т. 18, №8.-С. 999-1002.

3. Борец-Первак И. Ю., Воробьев В. С. Пробой эрозионного факела при нестационарном облучении металлов неодимовым лазером. Квантовая электроника. 1991. - Т. 18, № П.- С. 1331-1332.

4. Гончаров В. К., Карабань В. И., Концевой В. Л. и др. Взаимодействие прямоугольного импульса излучения неодимового лазера с металлами. Квантовая электроника. 1991. -Т. 18,№7.-С. 872-876.

5. Голубь А. П., Косарев И. Б., Немчинов И. В. и др. Воздействие лазерного излучения различных длин волн на преграду в вакууме. Квантовая электроника. 1989. - Т. 16, №2.-С. 335-337.

6. Буфетов И. А., Буфетова Г. А., Кварцов С. Б. и др. Нагрев плазмы на металлической мишени наносекундными импульсами первой, второй и четвертой гармоник Nd-лазера. Квантовая электроника. 1995. - Т. 22, № 8. - С. 825-829.

7. Mehlman G., Chrisey D. В., Newman D. A., et al. Vacuum ultraviolet spectroscopy study of excimer-laser-generated plasmas. Journal of Applied Physics. 1993. - Vol. 74, No. 1. - P. 53-61.

8. Липчак А. И., Соломонов В. И., Тельнов В. А. и др. Спектрально-временные характеристики лазерной плазмы. Квантовая электроника. 1995. - Т. 22, № 4. - С. 367-373.

9. Хаддлстоун Р., Леонард С. Диагностика плазмы. Москва: Мир, 1967. - 515 С.

10. Зайдель А. Н., Островская Г. В. Лазерные методы исследования плазмы. Ленинград: Наука, 1977.-221 С.

11. Грим Г. Спектроскопия плазмы. Москва: Атомиздат, 1969. - 452 С.

12. Овсянников А. А. Основные спектральные методы диагностики низкотемпературной плазмы. Очерки физики и химии низкотемпературной плазмы (под ред. Полака Л. С.). Москва: Наука, 1971. - С. 386^110.

13. Sabsabi M., Cielo P. Quantitative Analysis of Aluminum Alloys by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy and Plasma Characterization. Journal of Applied Spectroscopy. -1995. Vol. 49, No. 4. - P. 499-507.

14. Игнатавичюс M., Казакявичус Э., Оршевски Г. и др. Временные и термодинамические характеристики плазмообразования. Квантовая электроника. 1991. Т. 18, № 11. - С. 1325-1328.

15. Васьковский Ю. М., Гордеева И. А., Ровинский Р. Е. и др. Экспериментальное определение параметров лазерного факела и проверка ионизационного равновесия. Квантовая электроника. 1991. - Т. 18, № 11. - С. 1085-1088.

16. Букин О. А., Свириденков Э. А., Сушилов Н. В. и др. Регистрация аномального самообращения эмиссионных линий в лазерной плазме, генерируемой на поверхноститвердых мишеней в нормальной атмосфере. Квантовая электроника. 1997. - Т. 23, № 8. - С. 725-726.

17. Букин О. А., Большакова Е. Н., Майор А. Ю. и др. Смещение эмиссионных линий А1 в лазерной плазме на поверхности твердых тел мишени при нормальном давлении. Письма в ЖТФ. 1997. - Т. 23, № 31. - С. 31-35.

18. Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме. Москва: Мир, 1978. - 491 С.

19. Вайнштейн JI. А., Собельман И. И., Юков Е. А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. Москва: Наука, 1979. - 173 С.

20. Сухов JI. Т. Лазерный спектральный анализ. Новосибирск: Наука, 1990. - 143 С.

21. Radziemski L. J., Cremers D. A. Spectrochemical analysis using laser plasma excitation. Laser-induced plasmas and applications, Radziemski L. J., Cremers D. A., Eds. Marcel Dekker, New York and Basel, 1989. - Chapter 7.

22. Kurniawan H., Kagawa K. Laser-induced shock wave plasma using long-pulse laser. Journal of Applied Spectroscopy. 1997. - Vol. 51, No. 3. - P. 304-308.

23. Ernst W. E., Farson D. F., Sames D. J. Determination of copper in A533b steel for the assessment of radiation embrittlement using laser-induced breakdown spectroscopy. Journal of Applied Spectroscopy. 1996. - Vol. 50, No. 3. - P. 306-309.

24. Kurniawan H., Nakajima S., Batubara J. E., et al. Laser-induced shock wave plasma in glass and its application to elemental analysis. Journal of Applied Spectroscopy. 1995. - Vol. 49, No. 8.-P. 1067-1072.

25. Pakhomov A. V., Nichols W., Borysow J. Laser-induced breakdown spectroscopy for detection of lead in concrete. Journal of Applied Spectroscopy. 1996. - Vol. 50, No. 7. - P. 880-884.

26. Yamamoto K. Y., Cremers D. A., Ferris M. J., et al. Detection of metals in the environment using a portable laser-induced breakdown spectroscopy instrument. Journal of Applied

27. Spectroscopy. 1996. - Vol. 50, No. 2. - P. 222-233.

28. Nordstrom R. J. Study of laser-induced plasma emission spectra of N2, O2, and ambient air in the region 350 nm to 950 nm. Journal of Applied Spectroscopy. 1995. - Vol. 49, No. 10. -P. 1490-1499.

29. Anglos D., Couris S., Fotakis C. Laser diagnostics of painted artworks: laser-induced breakdown spectroscopy in pigment identification. Journal of Applied Spectroscopy. 1997. -Vol. 51, No. 7. -P. 1025-1030.

30. Ho W. F., Ng C. W., Cheung N. H. Spectrochemical analysis of liquids using laser-induced plasma emissions: effects of laser wavelength. Journal of Applied Spectroscopy. 1997. -Vol. 51, No. 1,-P. 87-91.

31. Ng C. W., Ho W. F., Cheung N. H. Spectrochemical analysis of liquids using laser-induced plasma emissions: effect of laser wavelength on plasma properties. Journal of Applied Spectroscopy. 1997. - Vol. 51, No. 7. - P. 976-983.

32. Воробьев В. С. Плазма, возникающая при взаимодействии лазерного излучения с твердыми мишенями. УФН. 1993. - Т. 163, № 12. - С. 32-48.

33. Lee Y. I., Song К., Cha Н. К., et al. Influence of atmosphere and irradiation wavelength on copper plasma emission induced by excimer and Q-switched Nd:YAG laser ablation. Journal of Applied Spectroscopy. 1997. - Vol. 51, No. 7. - P. 959-964.

34. Castle В. C., Visser K., Smith B. W., et al. Spatial and temporal dependence of lead emission in laser-induced breakdown spectroscopy. Journal of Applied Spectroscopy. -1997. Vol. 51, No. 7. - P. 1017-1024.

35. Букин О. А., Зинин Ю. А., Павлов A. H. и др. Определение микросостава морской воды методом лазерной искровой спектроскопии. Оптика атмосферы и океана. 1992. -Т. 5 , № 11.-С. 1213-1216.

36. Букин О. А., Павлов А. Н., Сушилов Н. В. Использование спектроскопии лазернойискры для анализа элементного состава водных сред. ЖПС. 1990. - Т. 52, № 5. - С. 736-738.

37. Букин О. А., Базаров И. В., Бодин Н. С. и др. Влияние давления газовой атмосферы на характеристики эмиссионных спектров лазерной плазмы, генерируемой на поверхности твердых мишеней. Квантовая электроника. 1998. - Т. 25, № 8. - С. 705708.

38. Малышев В. И. Введение в экспериментальную спектроскопию. Москва: Наука, 1979.-480 С.

39. Бойко В. А., Крохин О. Н., Склизков Г. В. Исследование параметров и динамики лазерной плазмы при острой фокусировке излучения на твердую мишень. Труды ФИАН СССР. 1974. - Т. 76. - С. 186-228.

40. Ананьин О. Б., Быковский Ю. А., Еремин Ю. В. и др. Исследование разлета лазерной плазмы в фоновый газ с помощью высокоскоростной фотографии. Квантовая электроника. 1991.-Т. 18, №7.-С. 869-872.

41. Ананьин О. Б., Быковский Ю. А., Еремин Ю. В. и др. О захвате лазерной плазмой разреженного фонового газа. Квантовая электроника. 1991. - Т. 17, № 5. - С. 614— 618.

42. Bukin О. A., Bazarov I. V., Bodin N. S., et al. Shock wave effect on emission of laser plasma induced on the surface of solid targets in gas atmosphere. SPIE Proceedings. -1999. -Vol. 3734. P. 41-47.

43. Ананьин О. Б., Быковский Ю. А., Ступицкий Е. JI. и др. Формирование ударно-волновой структуры при разлете лазерной плазмы в разреженный газ. Квантовая электроника. 1987. - Т. 14, № 11. - С. 2313-2316.

44. Kagawa К., Kawai К., Tani М., et al. XeCl excimer laser-induced shock wave plasma and its application to emission spectrochemical analysis. Journal of Applied Spectroscopy.1994. Vol. 48, No. 2. - P. 198-205.

45. Головин А. Ф., Земцов С. С., Федюшин Б. Т. Влияние давления окружающего воздуха на коротковолновое излучение лазерной плазмы. Квантовая электроника. 1991. - Т. 18, № 12.-С. 1473-1477.

46. Русанов А. К. Основы количественного спектрального анализа руд и минералов. -Москва: Недра, 1978. 400 С.

47. Зайдель А. Н., Прокофьев В. К., Райский С. М. и др. Таблицы спектральных линий. -Москва: Наука, 1977. 800 С.

48. Свет Д. Я. Оптические методы измерения истинных температур. Москва: Наука, 1982.-296 С.

49. Gregg D. W., Thomas S. J. Plasma temperatures generated by focused laser giant pulses. Journal of Applied Physics. 1967. -Vol. 38, No. 4.-P. 1729-1731.

50. Мандельштам С. Л., Пашинин П. П., Прохоров А. М. и др. Исследование искры в воздухе, возникающей при фокусировке излучения лазера. ЖЭТФ. 1965. - Т. 49, № 7.-С. 127-134.

51. Фриш С. Э. Оптические спектры атомов. Москва: Государственное издательство физ.-мат. литературы, 1963. - 640 С.

52. Преображенский Н. Г. Спектроскопия оптически плотной плазмы. Новосибирск: Наука, 1971,- 179 С.

53. Ramsden S. A., Savic P. A radiative detonation model for the development of a laser-induced spark in air. Nature. 1964. - Vol. 203, No. 4953. - P. 1217-1219.

54. Райзер Ю. П. Нагревание газа под действием мощного светового импульса. ЖЭТФ. -1965.-Т. 48,№5.-С. 1508-1519.

55. Райзер Ю. П. Пробой и нагрев газа под действием лазерного луча. УФН. 1955. - Т. 87, № 1.-С. 29-53

56. Данилычев В. А., Зворыкин В. Д. Экспериментальное исследование радиационно-газодинамических процессов, развивающихся под действием мощных лазерных импульсов с Х = 10,6 мкм на твердое вещество в газовой среде. Труды ФИАН СССР. -1983.-Т. 142.-С. 117-171

57. Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. Москва: Наука, 1966. - 686 С.

58. Прохоров А. М., Конов В. И., Урсу И., Михаэилеску И. Н. Взаимодействие лазерного излучения с металлами. Москва, Наука,Т988.

59. Фриш С. Э. Определение концентраций нормальных и возбужденных атомов и сил осцилляторов методами испускания и поглощения света. Спектроскопия газоразрядной плазмы (под ред. Фриша С. Э.). Ленинград: Наука, 1970. - С. 7-62

60. A.C. Яценко. Диаграммы Гротриана нейтральных атомов. Новосибирск: Наука, 1993.- 136 С.

61. Касабов Г. А., Елисеев В. В. Спектроскопические таблицы для низкотемпературной плазмы. Москва: Атомиздат, 1973. - 160 С.

62. Анисимов В. Н., Гришина В. Г., Деркач О. Н. и др. Состав и динамика эрозионной плазмы, сформированной микросекундными лазерными импульсами. Квантовая электроника. 1995. - Т. 22, № 8. - С. 815-819.

63. Iida Y., Yeung Е. S. Optical monitoring of laser-induced plasma derived from graphite and characterization of the deposited carbon film. Journal of Applied Spectroscopy. 1994. -Vol. 48, No. 8. - P. 945-950.

64. Кошелев К. H., Чекалин С. В., Чурилов С. С. Об оптимальной фокусировке лазерного излучения на поверхность твердой мишени. Квантовая электроника. 1975. - Т. 2, № 7.-С. 1593-1595

65. Drawin Н. W., Felenbok P. Data for plasmas in local thermodynamic equilibrium. Paris,1965.

66. Яценко А. С. Диаграммы Гротриана однократных атомов. Новосибирск: Наука, 1996.- 129 С.

67. Радциг А. А., Смирнов Б. М. Параметры атомов и атомных ионов: Справочник. -Москва: Энергоатомиздат, 1986. 344 С.

68. Гончаров В. К., Корбань В. И., Колесник А. В. Исследование пространственно-временных оптических характеристик эрозионных плазменных факелов. ЖПС. 1985. -Т. 43, №3,-С. 389-395