[發明專利]基于質譜測量激光燒蝕等離子體物種時間演化測量方法

在審

• 申請號: 201910504578.3
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110186995A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 丁洪斌;郝媛杰;吳鼎;馮春雷;李聰;海然
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 裴毓英

本發明涉及質譜分析技術領域，提供一種基于質譜測量激光燒蝕等離子體物種時間演化測量方法，包括：步驟1，將靶材放置于飛行時間質譜儀的真空引出場腔室內，調整激光光路，選取符合測量要求的空間范圍選擇擋片；步驟2，通過數字延時脈沖發生器和LabVIEW虛擬實驗平臺控制程序設置激光器、高壓脈沖電場，離子探測器之間開門時序和門寬；步驟3，在每一個脈沖的激光燒蝕靶材產生等離子體后，使滿足特定條件的離子進入到真空無場漂移腔室后，得到質譜數據；步驟4，將采集得到的質譜數據傳輸到計算機，進行處理和顯示，得到相對應的離子物種信息。本發明能夠同時檢測等離子體中多電荷態離子的時間演化。

技術領域

本發明涉及質譜分析技術領域，尤其涉及一種基于質譜測量激光燒蝕等離子體物種時間演化測量方法。

背景技術

飛行時間質譜技術涉及到理工科類的多門學科的學術研究，是當前國際前沿科學與技術發展的熱點之一。飛行時間質譜儀的原型是由威利和麥克拉倫在1955年設計的質譜儀系統發展而來，該方法很早之前被作為帶電粒子的荷質比的測量及分析方法。飛行時間質譜技術探測靈敏度很高，對于物種分辨的精確度也很高，理論及實驗研究表明，飛行時間質譜方法可以一次得到很寬的質量范圍的全譜圖。飛行時間質譜測量技術與激光燒蝕產生等離子體源的方法結合，即為激光燒蝕飛行時間質譜等離子體診斷技術。而眾所周知，激光燒蝕等離子體在很多科學領域有著很廣泛的應用，例如脈沖激光沉積、極紫外光源、激光誘導擊穿光譜、激光推進以及納米顆粒制備等。

在極紫外光源的應用中，極紫外光譜輻射來源于等離子體中多電荷態離子的高能激發態能級躍遷，所以對于優化極紫外光源以及提高能量轉換效率最重要的過程就是研究高能激發產生的等離子體中多電荷態離子分布以及其動力學演化。現在對于等離子體中多電荷態離子的研究多集中于光譜實驗和理論模擬，其中光譜實驗所獲得的結果是多價態離子整體累計的結果，無法區分單個價態離子的行為，而理論模擬需要建立的復雜的模型，有很多的未解決的問題，模擬結果缺乏實驗數據的支撐和驗證，從而存在很大的不確定性。因此在對激光燒蝕產生等離子體的研究中，能夠驗證和補充光譜數據和理論模型結果就顯得十分迫切。

與光譜診斷手段相互比較可知，飛行時間質譜能精確地對所分析的等離子體中多電荷態離子的物種成分進行測量，并且通過調節不同的脈沖引出場延時，獲得等離子體演化過程中離子的種類變化。所以，飛行時間質譜方法現已被利用于理解和研究激光燒蝕和等離子體過程機理的研究。

綜上所述，利用飛行時間質譜技術來測量激光燒蝕產生等離子體膨脹過程中物種時間演化的分布,并測量等離子體中多電荷態離子的橫向速度分布。

發明內容

本發明主要解決現有技術無法快速精確檢測等離子體膨脹過程中物種分布的難題，以及能夠同時檢測等離子體中多電荷態離子的時間演化等技術問題，提出一種基于質譜測量激光燒蝕等離子體物種時間演化測量方法，能夠同時檢測等離子體中多電荷態離子的時間演化，為激光燒蝕等離子體光譜實驗和理論模型的研究中關于等離子體膨脹過程多價態離子物種分布問題提供有力的實驗數據支撐。

本發明提供了一種基于質譜測量激光燒蝕等離子體物種時間演化測量方法，包括以下步驟：

步驟1，采用包含脈沖激光器、飛行時間質譜儀、高壓脈沖電源、時序脈沖數字延時發生器、離子探測器、空間范圍選擇擋片、示波器的等離子體檢測裝置；將靶材放置于飛行時間質譜儀的真空引出場腔室內，調整激光光路，選取符合測量要求的空間范圍選擇擋片；

步驟2，根據測量目的，通過數字延時脈沖發生器和LabVIEW虛擬實驗平臺控制程序設置激光器、高壓脈沖電場，離子探測器之間開門時序和門寬，并設置示波器對波形數據的實時顯示及存儲；

步驟3，開始測量，在每一個脈沖的激光燒蝕靶材產生等離子體后，使滿足特定條件的離子進入到真空無場漂移腔室后，根據離子之間不同荷質比到達離子探測器的時間不同，得到質譜數據；