0. 引 言
随着脉冲激光诱导等离子体技术的不断发展,其被广泛应用于激光加工、激光诱导击
穿光谱(LIBS)技术、光刻技术等方面
[1-4]
。研究者们发现双脉冲激光诱导等离子体在提高激
光能量的吸收率
[5]
、增强 LIBS 信号
[6-8]
以及增强冲击波作用时间及强度
[5, 9-10]
等方面展现出了
一定的优势,故对双脉冲激光诱导等离子体的增强效果及作用机制展开研究。
2005 年,毛祥磊等人使用 LIBS 法对双脉冲激光诱导硅等离子体的发射光谱进行测
量,发现双脉冲激光延迟时间在大于 100 ns 时,双脉冲激光诱导等离子体的电子密度衰减
速度小于单脉冲激光等离子体
[11]
。2012 年,刘可等人使用单波长干涉法对双脉冲激光诱导
等离子体进行测量,发现在第二束脉冲激光作用后,双脉冲激光等离子体的电子密度大于
单脉冲激光等离子体,即双脉冲激光对等离子体的电子密度有增强效果,增加了等离子体
作用时间
[12]
。2016 年,宋超等人使用单波长法对延迟双脉冲激光诱导等离子体的膨胀特性
及影响机理进行研究,发现共轴双脉冲激光产生空气等离子体的膨胀距离、膨胀速度和冲
击波压力均大于单脉冲激光等离子体
[13]
。2020 年,李静逸
[9]
和王国严
[10]
等人使用阴影法对
延迟双脉冲激光诱导等离子体的时间演化规律进行研究,发现在最佳延迟时间范围内,双
脉冲激光对等离子体的膨胀位移和冲击波强度有增强效果。
对双脉冲激光等离子体进行诊断时,常采用阴影法、LIBS 法、干涉法等。阴影法适
用于折射率发生突变的情况,通常采用该方法对等离子体的膨胀特性进行研究。在等离子
体形成初期,LIBS 法的光谱信号易受等离子体温度影响;在等离子体形成后期,总粒子密
度的波动会影响所得等离子体电子密度的准确度。目前现有的等离子体诊断方法中,干涉
法具有高精度、高灵敏度的特点。并且与单波长干涉法相比,双波长干涉法通过对两种波
长的干涉图进行处理,能够有效地去除正离子和原子的干扰,提高了测量结果的准确度。
综上所述,文中搭建了双波长干涉测量系统,对延迟双脉冲激光诱导等离子体进行诊断,
从而对延迟双脉冲激光对等离子体的作用机制进行研究。
1. 实验装置及结果
1.1 实验装置
激光等离子体激发及其诊断装置如图 1 所示。激发装置(图 1 右侧)由两台调 Q-Nd:
YAG 激光器组成,其输出波长为 1064 nm。其中,激光器 2 的脉宽为 7 ns,激光器 3 的脉
宽为 10 ns。使用半波片(M4、M5)和偏振分光镜(PBS2、PBS3)对激光能量进行调
节,并通过能量计对激光能量进行实时记录。使用合束棱镜 PBS1 对激发光进行合束,形
成共轴双脉冲,并通过凸透镜 L4 将两束脉冲激光聚焦在铝靶材的同一位置(光斑直径约
为 0.5 mm)。