构和湍动，静电波，漂移波等。在等离子体体内，不管粒子之间进行的有多猛烈，等离子体（电子和离子足够稠）也保持电中性。这样就更近一步确定了等离子体电离度的重要性。
1.2等离子体的分类
1）按产生方法和途径分类
宇宙是一个很大的集合体，在宇宙中大约有99%的物质处在等离子状态中，比如在高高的云层中，存在着很微弱的等离子体，但遇到闪电就会形成很强的电离气体，则产生的等离子体很强，这样形成的等离子体称为自然等离子体。在当下科学技术发达的社会下人为产生的等离子体种类也千变万化。比如有气体放电法、射线辐射法、热电离法、冲击波法等。生活中常见的产生等离子为日光灯、彩灯放电产生的等离子体。
2）按热力学平衡及系统温度分类
热力学平衡无外乎就是温度是否处于平衡状态，简而言之就是等离子体中电子和离子的温度有没有达到平衡，根据是否达到平衡将等离子体划分为以下三类：非热力学平衡等离子体：电子的平均动能远超过中性粒子和离子的动能，电子的温度可高达104 K，而中性粒子和离子的温度却只有300-500 K。这种等离子体处于非平衡状态，所以称为非热力学平衡等离子体[3]。局域热力学平衡等离子体：无外乎就是在等离子体内部中局部所处的热力学平衡状态；完全热力学平衡等离子体：即整个等离子体系统温度为T?5? 103K时体系所处得热平衡状态，我们称之为完全热力学平衡等离子体；等离子体又可分为热等离子体和冷等离子体。热等离子体分为低温等离子体和高温等离子体；那么高温等离子体一般指稠密或高温（一般指108—109K那样受控核聚变所要求的高温），当温度在
2000—20000K之间时，常常指电弧等离子体、高频等离子体、燃烧等离子体等。
低温等离子体指电子温度高，气体温度低于稀薄低压的等离子体。
3）按电离程度分类
从第一章第一节内容我们能够看到等离子体的电离程度用电离度来描述，像有些电离程度能达到100%的等离子体我们称为完全电离等离子体如原子反应堆里的高温等离子体及核聚变中的高温等离子体。那么等离子体团簇中的几乎所有分子（或原子）发生强电离。当电离度程度在50%左右的时候我们称为部分电离
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气体等离子体，即只有部分电离成电子和离子，部分为中性分子或原子。弱电离气体等离子体：也就有很少量的离子发生电离。
4）按产生方式分类
除了高空雷电产生的等离子体以及在自然状态下产生的等离子体外，我们还可以联想到人为产生的等离子体，那么人工产生等离子体的方法主要有射线辐射法、冲击波法、热电离法、光电离法、气体放电法等。其中化工中常见的为气体放电法。根据所加电场频率的高低，气体放电分为低频放电、直流放电、微波放电、高频放电等多种类型；根据气压可分为低压等离子体和常压等离子体。
1.3描述等离子的基本参数
1）等离子体密度与温度
对于等离子体集体来说描述它的基本参量有两个，一个是等离子体温度，另一个是等离子体的粒子数密度（可划分为电子数、中性原子数及离子密度）。在等离子体准中性的约束下，电子密度满足以下公式，即
ne??Zn, （2.1.1）
ii其中ni中的i代表着离子数密度，那么ni则是代表一个离子产生的电子个数。由于等离子体它是一个团簇，那么组成它的粒子种类千变万化，那它们之间能量和动量通过碰撞之后才能达到平衡状态。由于产生的电子与离子在质量上的天壤之别，只有在两者相同的粒子之间更容易达到平衡，因此，在电子和离子达到平衡与整体未能达到平衡之前，它们的表征不再是密度，而是温度。就一般而言电子温度与离子温度不能划等号，若系统达到了平衡，那么它们就有统一的温度，也就是说等离子体温度只有在等离子体达到热力学平衡（TE）时才有意义。 2）等离子体频率
从前面我们知道强电离的气体内部有磁场力的作用，如果电离度??1（增大或减小），即等离子不处在电中性的状态中，这时候静电力就充当一个恢复力（即高中所学的弹簧振子发生形变要恢复原来形状产生的力）的作用，就会作用带电的粒子，使带电粒子成电中性，又受到带电粒子自身质量的限制,带电粒子在静电力的作用下，必然会发生振荡。等离子体的这种固有振荡叫等离子体振荡，其振荡的固有频率称为等离子体频率?p。假设带电粒子气体完全均匀地分布在空间无热运动，T?0，选取x轴通过某一行带电粒子，并取某粒子的平衡位置为
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0，粒子电荷q，质量m，粒子之间的距离为d?n1/3，n为带电粒子密度。只
考虑其左右两个带电粒子对它的静电力，它们作用力方向相反，忽略其它粒子对此粒子的作用力，则电子在该电场中的运动方程为：
d2xq2q2? m2? . (1.3.1)
dt(d?x)2(d?x)2如果x??d，对上式右端化简经整理，得
d2x4q2?x?0 . （1.3.2） 23dtmd求解后的，其固有振荡角频率为
4q21/24nq21/2（1.3.3） ?p?()?() .
mdm通过以上的分析，只考虑两个单粒子的作用，但由此可以直观地看出等离子体振荡的过程：等离子体振荡是带电粒子的惯性和静电恢复力矛盾运动的结果。
1.4激光等离子体的特征
随着激光技术的发展，激光的能量越来越高，脉宽越来越窄。这给激光等离子体的应用提供了更多的可供选择的激发光源。脉宽不同的激光器产生等离子体的过程和物理机制又有很大差别。对于常用的纳秒激光，产生等离子体的过程主要是加热过程，而对于飞秒激光，其主要是库仑爆炸过程。可以看出，飞秒激光烧蚀坑的边缘比较整齐，纳秒激光烧蚀坑的边缘破坏比较严重，而皮秒激光烧蚀坑的边缘整齐程度介于两者之间。飞秒激光与纳秒激光产生的等离子体光谱也有很大区别，飞秒激光产生等离子体光谱中来自逆韧致辐射的连续背景比较弱，而纳秒激光的连续背景谱则较强。在实际应用中，由于纳秒激光成本较低且体积较小，更易实现在线、原位及实时测量，因此纳秒激光成了目前激光等离子体领域的主流激发光源。
激光产生等离子体后，等离子体中存在着各种各样地、处于各种状态的高温自由电子、不同离化度离子等各种粒子，这使得等离子体中的原子物理过程非常复杂。激光等离子体光谱在等离子体随时间演变的分辨光谱图中看出，在不同阶段呈现出不同的特点。在等离子体形成的初始阶段，等离子体温度较高，电子密
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度数较大，此时测量的光谱中主要是连续光谱。随着等离子体的演化，测量到的光谱主要由一些线状特征谱线构成。所以在激光等离子体实验中，通常都要做时间分辨测量，主要目的是测量元素的特征谱线，降低连续背景，提高谱线的信噪比。
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第2章 等离子体温度的测量方法
2.1汤普逊散射法
激光在等离子体中传播时，将激起电子或离子作受迫振动，发出次级辐射。自由电子在电磁波辐射场的作用下作受迫振动，发射出次级电磁辐射形成散射波的现象，称为汤普逊散射［8］。如果在测量位置激光束截面积为S，长度为L，根据电磁学知识我们知道该散射范围内的电子总数为Ne?LSne，式中ne表示该散射体的电子密度。对于在强电离气体内，各个电子是否完全相干，我们可以将汤普逊散射划分为以下两类：相干汤普逊散射和非相干汤普逊散射。对于相干汤普逊散射就是散射光总功率与单个电子相比是单个电子的Ne多倍，非相干汤普逊散射，它产生的总的散射光功率与电子的相比不是平方的倍数，而是Ne倍。我们把这种相关性定义一个参数?表示为
21.08?10?4?01???K?Dsin(?)2ne , (2.1) Te式中：Te是电子温度； ne为散射光波长；?0是入射激光的波长；?为散射角；
?D是德拜长度
对上式所得的公式进行讨论，（1）当???1时，入射波的作用比较大，那么电子的集体运动可以检测到，对于相干汤普逊散射，像电子温度、离子能量分布以及等离子体波动等现象都可以通过汤普逊散射来测量。远红外激光和回旋管的微波输出，已成为各种科研和汤普逊散射系统中不可或缺的角色。 （2）当???1时，根据公式可得温度成主要角色，又因为温度是衡量分子无规则运动的剧烈程度，所以此时所表现的为分子无规则运动的剧烈程度，同上得接收位置处散射功率与散射体积内电子数目N成正比，即N个自由电子在接收处产生的散射功率的总和。如托卡马克[8]等离子体的参数很容易满足??1。此方法在核聚变中用
途最为广泛，此方法优点：测量过程简洁明了，准确可靠，已成为广泛应用于托
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