马赫曾德尔干涉仪瞬态干涉条纹采集技术及其在激光等离子体测试中(12)

２激光等离子体测试方法概述硕士论文２激光等离子体测试方法概述

２．１激光等离子体基本理论

物质有固体、液体和气体三态。将固体加热到熔点时，粒子的平均动能超过晶格的结合能，固体变为液体；将液体加热到沸点时，粒子的动能超过粒子间的结合能，液体变为气体；如果把气体进一步加热，气体则会部分电离或者完全电离，即原子的外层电子会摆脱原子核的束缚成为自由电子，而失去外层电子的原子变为带正电的离子。当带电粒子的比例超过一定程度时，电离气体凸显出明显的电磁性质，而其中正离子和负离子的数目相等，因此被称之为等离子体（ｐｌａｓｍａ），又称为物质的第四态。

固、液、气三态仅仅存在于低温的参数区域，而等离子体存在的参数空间非常广。从星际空间的稀薄等离子体到太阳核心的致密等离子体，粒子数密度从１０３ｍ。３到１０３３ｍ－３，跨越了３０个量级（采用国际单位制）；从火焰的低温等离子体到聚变实验的高温等离子体，温度从１０。１ｅｖ到１０６ｅｖ跨越了七个数量级。

在地球上自然存在的等离子体之所以很少见，是因为在常温下气体的电离度非常低。所谓电离度，就是气体中被电离的离子数目与中性粒子数目的比值。当气体处于热力学平衡时，电离度口由ｓａｈａ方程确定：

．．．．，－ｒ，３／２

ａ：—竺一≈旦：２．４ｘ１０２１二－一Ｐ—ｕ，／ｋＴ

哆＋％（２．１）％％

式中，绣和‰分别为带电粒子数密度和中性粒子数密度，丁为温度，ｋ为波尔兹曼常量（１．３８×１０彩Ｊ／Ｋ），Ｕ为对应气体的电离能。由上式可知，在常温下，气体的电离度非常低，不具备等离子体的性质。虽然地球上存在的等离子体很少，仅占整个宇宙的１％，但随着科学的发展，当今人类能够接触到越来越多的等离子体，如荧光灯和霓虹灯里炫目的电弧、等离子体显示屏中彩色的放电、聚变装置中燃烧的等离子体等。２．１．１激光等离子体的产生

等离子体的点燃就是等离子体的形成过程。当一束高功率激光照射到金属靶表面时，靶表面吸收入射激光的能量，使得靶面温度升高，当靶表面温度超过靶材气化温度时，靶表面发生气化现象，并有物质喷溅现象。在这之后靶表面和喷射物质继续吸收激光能量，导致喷溅物质进一步电离，最后形成激光等离子体。与此同时，固体表面附近的背景气体也因受激光照射发生等离子体击穿。处于高温状态的等离子体内由于粒子间的碰撞，各种粒子将进一步的分解与复合，样品的各种颗粒将进一步分解为分子、原子，原子离解为离子，电子与离子复合等。当然具体过程依赖于激光参数（脉宽、频率及能量等）、靶材特性和实验环境等。～般情况，不同数量级的激光功率密度作用在靶表面８

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