卡马克装置的常规诊断手段。如果再通过Stark加宽方法，也可以测量等离子体的电子密度[8-9]。
电子的汤姆逊散射其总截面为?T?(83)?re?6.65?1022?25cm2 (re是电子
的经典半径)，而微分散射截面为d?d??(resin?)。对于一个入射激光脉冲，散射体积内的电子在立体角??内，向接收系统辐射的散射光总能量为
Ws?Wi(d?式中：Wi为人射激光的能量
)L??ne?Wi(resin?)2L??ne, (2.2) d?(1)电子速度正好服从Maxwellian分布函数，则处在低温下的等离子体按波长分布的散射光强度为
I(?s)?C(Wi,Te)2sin(?)2exp[?6.3875?104Tesin2(?)2 ?2]?WsS(?s,Te). （2.3）
?对于高温等离子体，A.C.Selden给出了90散射布局、电子温度在
100 eV? 1000 keV之间的考虑了相对论效应的散射光谱按波长分布的精确表达
式为[8]
I(?s)?C(Wi,Te)[1?1.875B-1?2.695B-2]exp[B(Te)X(?,?)]?WsS(?s,Te). (2.4)
Y（?,?）(2)当Te=20 keV时，其误差小于0.1%；当Te=100 keV时，误差小于1%。 在上式(2.3)和(2.4)中：??(?s-?0)?0为散射光波长相对于入射激光波长的偏移系数[8]，S?(?s?Te)为散射谱的形状因子
C(Wi,Te)?2.86?102Ws/(?0Te). (2.5)
B(Te)??5.11?105/Te). (2.6)
X(?,?)?1??2/[2(1?cos?)(1??)]?1. (2.7) Y(?,?)?(1??)3[2(1?cos?)(1??)]??2. (2.8)
2.2基于等离子体发射光谱的测量方法
7
依据光谱的方法来研究等离子体的一些基本性质，要求等离子体满足以下两类：原子和离子能级满足Maxwell—Boltzmann统计分布[10]；局域热力学平衡(LTE)条件，即电子的速率分布满足速率分布；在局部热力学平衡条件下，原子数密度
Nn的分布式为
Nn?Ngn?Eexpn ， (2.9) B(T)kT其中，N--原子数密度总数；En、 gn分别为第n能级上的激发能和统计权重；
T--温度；B(T)--配分函数；k--玻尔兹曼常数；。
单位立体角内辐射的能量对谱线强度的贡献可以表示为[8]
Im?hvm?NnAm ， (2.10) 4?其中，Am为辐射跃迁几率；vm为发射光子频率；Im为谱线的相对强度；h为普朗克常数。
由(1)式 和(2)式可得 ln其中c为常数[11]
选择同种离子的多条谱线，依据观测的谱线相对强度I以及谱线跃迁参数
I?1??Ek?c ， (2.11) gAkT?，g，A，Ek，以Ek为横坐标，lnI?等为纵坐标作图，用最小二乘法拟合，gA根据(2.11)式由直线的斜率得到温度T。
8
第3章 实验及分析
3.1激光等离子体实验装置
对于典型的激光等离子体实验系统，通常由以下几部分组成：激光器、光谱仪、时序控制器、实验样品固定台以及外光路系统等组成。激光器主要用于发出不同波长的高功率激光烧蚀样品靶产生等离子体。常用的激光器主要为固态脉冲式的Nd:YAG激光器其输出波长为1064nm、频率为10Hz、脉宽为8ns的脉冲激光束经焦距为50mm的石英透镜聚焦到空气中产生等离子体
[10]
，其能量输出范围
一般在几百个毫焦，通过光学系统聚焦后功率密度通常可以达到1010到
1012W/cm2。光谱仪主要用来对等离子体发光进行分光并测量其光谱。为了提高
弱光的探测效率，目前激光等离子体实验中常用到的光谱仪为配有ICCD探测器的光纤光谱仪。时序控制器主要用于同步测量信号，提高测量信号的信噪比。实验样品台用来固定样品靶材，同时为了提高光谱信号的可重复性，样品台通常配有步进功能。外光路系统主要包括：激光分束镜、反射镜、扩束镜，石英透镜等。
传统的激光等离子体实验中，通常用一台激光器产生等离子体，其典型的实验结构如图1所示。整个系统的时间分辨测量由数字延迟发生器来控制，示波器用来实时监控系统电路工作的稳定性。三维平移台用来固定样品靶，并使样品靶周期性的移动，从而避免在同一点过度烧蚀而形成较深的烧蚀坑而影响光谱信号测量的可重复性与稳定性。
图1等离子体温度测量实验装置
9
3.2结果与讨论
图二是一个时间分辨光谱图。从0时刻到等离子体形成的最初时刻这段时间内，出现了一个很强的连续背景，在这种情况下只存在韧致辐射（由于电子持续减速的条件下所发生的是连续光谱，将电子减速的过程称为韧致辐射），随着时间的增加连续背景降低从而线状谱（原子光谱）出现，随着时间的进一步增加连续背景越来越弱，信噪比也越强。从图我们继续看出，激光打在Zn薄靶上产生的光谱主要分布在250~850nm这一波长范围内，且在300~750nm波段范围内连续背景很强。随着延迟时间的增加，连续背景和离子谱线逐渐减弱，在延迟时间2?s时，谱线具有较高的信噪比实验测量了波长范围为250~850nm脉冲放电的发射光谱。为了方便分析，均选取波长范围为300~650nm的光谱作为研究对象，如锌（328.23nm、330.26nm、334.50nm、468.01nm、472.22nm、481.05nm、
636.23nm）几处的谱线，
图2不同时间分辨光谱图
通过对光谱分析发现Zn的一些跃迁谱线数据，如表一所示
10
表1——部分Zn的光谱跃迁数据
波长? (nm) 跃迁 统计权重 跃迁几率 A
能级 Ek （cm?1） 62768.75 62772.00 62776.95 53672.24 53672.24 53672.24 62458.51
Zn 328.23 330.26 334.50 468.01 472.22 481.05 636.23
4s4d 3D1—4s4p 3p0 4s4d 3D2—4s4p 3p1 4s4d 3D3—4s4p 3p2 4s4d 3S1—4s4p 3p0 4s4d 3S1—4s4p 3p1 4s4d 3S1—4s4p 3p2 4s4d 1D2—4s4p 1p1
gi 1 3 5 1 3 5 3
gk 3 5 7 3 3 3 5
s?1
9.00×107 1.20×108 1.70×108 1.55×107 4.58×107 7.00×107 4.74×107
数据来源于www.Nist.gov这个网站
330.26nm、334.50nm、图3给出了Zn谱线的Boltzmann图，选取Zn的328.23nm、468.01nm、472.22nm、481.05nm、636.23nm七条谱线，有拟合直线得到电子温
度为如下。
图3 Zn谱线Boltmann图
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