[发明专利]基于质谱测量激光烧蚀等离子体物种时间演化测量方法

说明书

本发明涉及质谱分析技术领域，提供一种基于质谱测量激光烧蚀等离子体物种时间演化测量方法，包括：步骤1，将靶材放置于飞行时间质谱仪的真空引出场腔室内，调整激光光路，选取符合测量要求的空间范围选择挡片；步骤2，通过数字延时脉冲发生器和LabVIEW虚拟实验平台控制程序设置激光器、高压脉冲电场，离子探测器之间开门时序和门宽；步骤3，在每一个脉冲的激光烧蚀靶材产生等离子体后，使满足特定条件的离子进入到真空无场漂移腔室后，得到质谱数据；步骤4，将采集得到的质谱数据传输到计算机，进行处理和显示，得到相对应的离子物种信息。本发明能够同时检测等离子体中多电荷态离子的时间演化。

技术领域

本发明涉及质谱分析技术领域，尤其涉及一种基于质谱测量激光烧蚀等离子体物种时间演化测量方法。

背景技术

飞行时间质谱技术涉及到理工科类的多门学科的学术研究，是当前国际前沿科学与技术发展的热点之一。飞行时间质谱仪的原型是由威利和麦克拉伦在1955年设计的质谱仪系统发展而来，该方法很早之前被作为带电粒子的荷质比的测量及分析方法。飞行时间质谱技术探测灵敏度很高，对于物种分辨的精确度也很高，理论及实验研究表明，飞行时间质谱方法可以一次得到很宽的质量范围的全谱图。飞行时间质谱测量技术与激光烧蚀产生等离子体源的方法结合，即为激光烧蚀飞行时间质谱等离子体诊断技术。而众所周知，激光烧蚀等离子体在很多科学领域有着很广泛的应用，例如脉冲激光沉积、极紫外光源、激光诱导击穿光谱、激光推进以及纳米颗粒制备等。

在极紫外光源的应用中，极紫外光谱辐射来源于等离子体中多电荷态离子的高能激发态能级跃迁，所以对于优化极紫外光源以及提高能量转换效率最重要的过程就是研究高能激发产生的等离子体中多电荷态离子分布以及其动力学演化。现在对于等离子体中多电荷态离子的研究多集中于光谱实验和理论模拟，其中光谱实验所获得的结果是多价态离子整体累计的结果，无法区分单个价态离子的行为，而理论模拟需要建立的复杂的模型，有很多的未解决的问题，模拟结果缺乏实验数据的支撑和验证，从而存在很大的不确定性。因此在对激光烧蚀产生等离子体的研究中，能够验证和补充光谱数据和理论模型结果就显得十分迫切。

与光谱诊断手段相互比较可知，飞行时间质谱能精确地对所分析的等离子体中多电荷态离子的物种成分进行测量，并且通过调节不同的脉冲引出场延时，获得等离子体演化过程中离子的种类变化。所以，飞行时间质谱方法现已被利用于理解和研究激光烧蚀和等离子体过程机理的研究。

综上所述，利用飞行时间质谱技术来测量激光烧蚀产生等离子体膨胀过程中物种时间演化的分布,并测量等离子体中多电荷态离子的横向速度分布。

发明内容

本发明主要解决现有技术无法快速精确检测等离子体膨胀过程中物种分布的难题，以及能够同时检测等离子体中多电荷态离子的时间演化等技术问题，提出一种基于质谱测量激光烧蚀等离子体物种时间演化测量方法，能够同时检测等离子体中多电荷态离子的时间演化，为激光烧蚀等离子体光谱实验和理论模型的研究中关于等离子体膨胀过程多价态离子物种分布问题提供有力的实验数据支撑。

本发明提供了一种基于质谱测量激光烧蚀等离子体物种时间演化测量方法，包括以下步骤：

步骤1，采用包含脉冲激光器、飞行时间质谱仪、高压脉冲电源、时序脉冲数字延时发生器、离子探测器、空间范围选择挡片、示波器的等离子体检测装置；将靶材放置于飞行时间质谱仪的真空引出场腔室内，调整激光光路，选取符合测量要求的空间范围选择挡片；

步骤2，根据测量目的，通过数字延时脉冲发生器和LabVIEW虚拟实验平台控制程序设置激光器、高压脉冲电场，离子探测器之间开门时序和门宽，并设置示波器对波形数据的实时显示及存储；

步骤3，开始测量，在每一个脉冲的激光烧蚀靶材产生等离子体后，使满足特定条件的离子进入到真空无场漂移腔室后，根据离子之间不同荷质比到达离子探测器的时间不同，得到质谱数据；