[发明专利]一种利用激光烧蚀等离子体发射光谱信息判定烧蚀冲量的方法及装置

权利要求书

1.一种利用激光烧蚀等离子体发射光谱信息判定烧蚀冲量的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一：构建扭摆冲量测量装置和等离子体发射光谱测量装置；

步骤二：激光烧蚀安装于扭摆上的靶材，激光烧蚀靶材产生的等离子体羽流作用于所述的扭摆冲量测量装置，进而使得扭摆冲量测量装置产生振动，从而获取扭摆系统振动角度；

步骤三：根据获得的扭摆系统振动角度，根据冲量矩定理，计算激光烧蚀安装于扭摆上的靶材的冲量；

步骤四：由所述的等离子体发射光谱测量装置获得激光烧蚀靶材产生的等离子体光谱信息；

步骤五：由所述的激光烧蚀等离子体光谱信息，通过选取典型谱线，根据光谱谱线的展宽，计算激光烧蚀产生的激光烧蚀等离子体电子数密度大小；

步骤六：由所述的激光烧蚀等离子体电子数密度与所述的冲量大小，建立两者之间的定标关系，通过激光烧蚀等离子体发射光谱信息获得某一激光能量密度下的冲量大小。

2.根据权利要求1所述的一种利用激光烧蚀等离子体发射光谱信息判定烧蚀冲量的方法，其特征在于：所说的烧蚀靶材的激光为脉冲激光，激光脉冲宽度小于扭摆冲量测量系统振动周期的1/4。

3.根据权利要求1所述的一种利用激光烧蚀等离子体发射光谱信息判定烧蚀冲量的方法，其特征在于，所说的烧蚀靶材产生的等离子体需要满足局部热平衡条件，即电子数密度大于等于，其中是基于发射光谱数据计算获得的最大等离子体温度值，是计算等离子体温度时所用谱线的最大上下能级差，即McWhirter标准判据。

4.根据权利要求1所述的一种利用激光烧蚀等离子体发射光谱信息判定烧蚀冲量的方法，其特征在于：激光烧蚀等离子体电子数密度大小是由测量靶材材质元素中任一孤立原子线或单电荷离子线的Stark线型展宽计算得到。

5.根据权利要求1所述的一种利用激光烧蚀等离子体发射光谱信息判定烧蚀冲量的方法，其特征在于：所说的扭摆冲量的测量范围在10^-7~10^-4μN·s。

6.一种实施权利要求1所述方法的利用激光烧蚀等离子体发射光谱信息判定烧蚀冲量的装置，其特征在于：该装置包括用于测量激光烧蚀产生的冲量的扭摆冲量测量装置（1）和等离子体发射光谱测量装置（2），其中扭摆冲量测量装置（1）包括：扭摆横梁（101），弹性枢轴（102）、扭摆支架（103）、安装靶材（104）、位移传感器（105）、阻尼装置（106）、扭摆竖轴（107）；

扭摆横梁（101）安装于扭摆竖轴（107）中心，弹性枢轴（102）用于连接扭摆竖轴（107）与扭摆支架（103），安装靶材（104）位于扭摆横梁（101）任意一端，位移传感器（105）位于扭摆横梁（101）任意一端的任意一侧，用于记录扭摆横梁（101）的振动位移，阻尼装置（106）位于扭摆横梁（101）一端的外侧，用于施加给横梁振动的阻尼力；

等离子体发射光谱测量装置（2），包括：光谱仪（201）、光纤（202）、透镜组（203）；还包括时序控制器（3），用于连接并触发光谱仪（201）和激光器（4）同时工作；还包括光电探测器（5），用于接收激光器出光信号，并通过示波器（6）判断激光器出光与光谱仪（201）开始工作时的时间延迟；

激光烧蚀等离子体产生的光谱信息由透镜组（203）采集，并通过光纤（202）传输至光谱仪（201），时序控制器（3）连接光谱仪（201）和激光器（4），光电探测器（5）位于激光器（4）出光一端，并连接示波器（6）和光谱仪（201）。

7.根据权利要求6所述的一种利用激光烧蚀等离子体发射光谱信息判定烧蚀冲量的装置，其特征在于，所说的光谱仪的采集时间为激光脉宽的100-500倍。