zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-285Research ArticleСтатьиВЛИЯНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ЛАЗЕРА И ДАВЛЕНИЯ АРГОНА НА ИЗЛУЧЕНИЕ ПЛАЗМЫ МЕТАЛЛОВLASER WAVELENGTH AND ARGON AMBIENT GAS PRESSURE EFFECTS ON METALLIC PLASMA EMISSIONKhalilA. A.KhalilA. A.ahmedasaad68@yahoo.com, ahmedasaad@niles.edu.egGnadolM. A.GnadolM. A.noemail@neicon.ruAl-MokbilG. .Al-MokbilG. .noemail@neicon.ruКаирский университет, Национальный институт лазерных наукРоссияCairo University, National Institute of Laser Enhanced SciencesRussian FederationУниверситет нефти и минералов Короля ФахдаРоссияKing Fahd University of Petroleum & MineralsRussian FederationДамманский университетРоссияUniversity of DammamRussian Federation201810032020854592599Copyright © Khalil A.A., Gnadol M.A., Al-Mokbil G..., 20202020Khalil A.A., Gnadol M.A., Al-Mokbil G...Khalil A.A., Gnadol M.A., Al-Mokbil G...Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/285

Изучено влияние длины волны лазера и давления окружающего газа аргона на ионную и атомную эмиссию плазмы алюминия и меди. Плазма создавалась с помощью металлических мишеней, возбуждаемых YAG:Nd-лазером с модуляцией добротности, работающим на первой фундаментальной (1064 нм), второй (532 нм), третьей (355 нм) и четвертой (266 нм) гармониках с частотой повторения до 10 Гц. Спектроскопический анализ излучения плазменного факела показал, что при применении лазера четвертой гармоники на l = 266 нм интенсивность и отношение сигнал/шум (S/N) спектральных линий нейтральных и ионизованных малых компонентов и следовых примесей резко возрастают. Температура возбуждения электронов (Te) и плотность электронов (Ne) полученной плазмы оценивались на основе предположения о ЛТР из распределения Больцмана с использованием спектральных линий Al I 256.8, 257.5, 309.3, 396.15 нм и Cu I 427.58, 510.59, 570.07, 578.58 нм и из ширины профиля штарковского уширения линий Al II 281.6 нм и Cu I 324.75 нм. Изучены вариации Te, Ne и интенсивности излучения металлов в зависимости от длины волны лазерного излучения 1064, 532, 355 и 266 нм. Также изучено влияние давления окружающего газа аргона на параметры плазмы. Диагностика полученной металлической плазмы проводилась с использованием лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии.

The effects of laser wavelength and argon ambient gas pressure on ionic and atomic emission from aluminum and copper metal plasmas has been studied. The plasmas were generated using metal targets excited with a Q-switched Nd:YAG laser operating at the first fundamental (1064 nm), second (532 nm), third (355 nm), and fourth harmonics (266 nm) with repetition rate up to 10 Hz. The spectroscopic analysis of the plasma plume emission revealed that the intensities and signal-to-noise (S/N) ratio of various neutral and ion spectral lines, small components, and trace impurities increase sharply when the fourth laser harmonic is used at a wavelength of 266 nm. Based on LTE assumption, the electron excitation temperature (Te) and electron number density (Ne) of the produced plasma have been estimated from the Boltzmann plot using neutral spectral lines of Al I at 256.8, 257.5, 309.3, and 396.15 nm and Cu I at 427.58, 510.59, 570.07, and 578.58 nm and from Stark broadening width profile of Al II at 281.6 nm and Cu I at 324.75 nm, respectively. The variations of Te, Ne, and emission intensities of metals as a function of laser irradiance of different laser wavelengths at 1064, 532, 355, and 266 nm were studied. The effect of the argon ambient gas pressure on the plasma parameters was also studied. The diagnostic of the produced metal plasma was undertaken using laser induced breakdown spectroscopy (LIBS).

лазерные гармоникилазерно-искровая эмиссионная спектрометрияметаллическая плазмаэлектронная температураштарковское уширениеlaser harmonicslaser induced breakdown spectroscopymetal plasmaselectron temperatureStark broadeningReferencesA. A. I. Khalil, M. Richardson, Laser Phys. Lett., 3, 137-144 (2006).A. A. I. Khalil, M. Richardson, Laser Phys. Lett., 3, 137-144 (2006).M. A. Gnadol, A. A. I. Khalil, Laser Phys., 22, 1771-1779 (2012).M. A. Gnadol, A. A. I. Khalil, Laser Phys., 22, 1771-1779 (2012).A. A. I. Khalil, Laser Phys., 20, 238-244 (2010).A. A. I. Khalil, Laser Phys., 20, 238-244 (2010).A. A. I. Khalil, M. Richardson, L. Johnson, M. A. Gnadol, Laser Phys., 19, 1981-1992 (2009).A. A. I. Khalil, M. Richardson, L. Johnson, M. A. Gnadol, Laser Phys., 19, 1981-1992 (2009).A. A. I. Khalil, M. A. Richardson, C. Barnett, L. Johnson, J. Appl. Spectrosc., 73, 735-742 (2006).A. A. I. Khalil, M. A. Richardson, C. Barnett, L. Johnson, J. Appl. Spectrosc., 73, 735-742 (2006).A. A. I. Khalil, M. A. Gnadol, M. Dosstegar, Appl. Opt., 53, 1709-1717 (2014).A. A. I. Khalil, M. A. Gnadol, M. Dosstegar, Appl. Opt., 53, 1709-1717 (2014).J. Gruber, J. Heitz, H. Strasser, D. Bauerle, N. Ramaseder, Spectrochim. Acta B, 56, 685 (2001).J. Gruber, J. Heitz, H. Strasser, D. Bauerle, N. Ramaseder, Spectrochim. Acta B, 56, 685 (2001).D. R. Linde, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 83rd ed., CRC press Washington, DC (2002).D. R. Linde, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 83rd ed., CRC press Washington, DC (2002).A. A. I. Khalil, N. Sreenivasan, Laser Phys. Lett., 2, No. 9, 445-451 (2005).A. A. I. Khalil, N. Sreenivasan, Laser Phys. Lett., 2, No. 9, 445-451 (2005).A. A. I. Khalil, M. A. Gnadol, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 267, 3356-3363 (2009).A. A. I. Khalil, M. A. Gnadol, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, 267, 3356-3363 (2009).A. A. I. Khalil, Surf. Coat. Tech., 200, 774-779 (2005).A. A. I. Khalil, Surf. Coat. Tech., 200, 774-779 (2005).P. G. Fournier, A. Nourtier, V. I. Shulga, M. Ait El Fqih, Nucl. Instrum. Methods B, 230, 577-581 (2005).P. G. Fournier, A. Nourtier, V. I. Shulga, M. Ait El Fqih, Nucl. Instrum. Methods B, 230, 577-581 (2005).S. Amoruso, B. Toftmann, J. Schou, R. Velotta, X. Wang, Thin Solid Films, 453, 562-566 (2004).S. Amoruso, B. Toftmann, J. Schou, R. Velotta, X. Wang, Thin Solid Films, 453, 562-566 (2004).R. Russo, X. Mao, H. Liu, J. Gonzalez, S. Mao, Talanta, 57, 425-451 (2002).R. Russo, X. Mao, H. Liu, J. Gonzalez, S. Mao, Talanta, 57, 425-451 (2002).A. Bogaerts, E. Neyts, R. Gijbels, J. Mullen, Spectrochim. Acta B, 57, 609-658 (2002).A. Bogaerts, E. Neyts, R. Gijbels, J. Mullen, Spectrochim. Acta B, 57, 609-658 (2002).H. Telle, D.C. Beddows, G. W. Morris, O. Samek, Spectrochem. Acta B, 56, 947-960 (2001).H. Telle, D.C. Beddows, G. W. Morris, O. Samek, Spectrochem. Acta B, 56, 947-960 (2001).Q. L. Ma, V. Motto-Ros, W. Q. Lei, M. Boueri, X. S. Bai, L. J. Zheng, H. P. Zeng, J. Yu, Spectrochim. Acta B, 65, 896-907 (2010).Q. L. Ma, V. Motto-Ros, W. Q. Lei, M. Boueri, X. S. Bai, L. J. Zheng, H. P. Zeng, J. Yu, Spectrochim. Acta B, 65, 896-907 (2010).W. L. Yip, N. H. Cheung, Spectrochim. Acta B, 64, 315-322 (2009).W. L. Yip, N. H. Cheung, Spectrochim. Acta B, 64, 315-322 (2009).O. V. Borisov, X. L. Mao, A. Fernandez, M. Caetano, R. E. Russo, Spectrochim. Acta B, 54, 1351-1365 (1999).O. V. Borisov, X. L. Mao, A. Fernandez, M. Caetano, R. E. Russo, Spectrochim. Acta B, 54, 1351-1365 (1999).M. Gagean, J. M. Mermet, Spectrochim. Acta B, 53, 581-591 (1998).M. Gagean, J. M. Mermet, Spectrochim. Acta B, 53, 581-591 (1998).A. A. I. Khalil, M. Marsy. Talanta, 154, 109-118 (2016).A. A. I. Khalil, M. Marsy. Talanta, 154, 109-118 (2016).A. N. Chumakov, V. B. Avramenko, N. A. Bosak, J. Appl. Spectr., 79, 261-268 (2012).A. N. Chumakov, V. B. Avramenko, N. A. Bosak, J. Appl. Spectr., 79, 261-268 (2012).L. Ya. Min'ko, A. N. Chumakou N. A. Bosak, Sov. J. Quantum Electron., 20, 1389-1392 (1990).L. Ya. Min'ko, A. N. Chumakou N. A. Bosak, Sov. J. Quantum Electron., 20, 1389-1392 (1990).A. A. I. Khalil, A. I. Hafez, M. E. Elgohary, M. Marsy, Chin. Phys. B, 26, 095201(1-12) (2017).A. A. I. Khalil, A. I. Hafez, M. E. Elgohary, M. Marsy, Chin. Phys. B, 26, 095201(1-12) (2017).A. A. I. Khalil, M. Marsy, H. Z. El-Deen, Opt. Laser Technol., 96, 227-237 (2017).A. A. I. Khalil, M. Marsy, H. Z. El-Deen, Opt. Laser Technol., 96, 227-237 (2017).V. S. Burakov, A. F. Bokhonov, M. I. Nedelko, N. V. Tarasenko, Quantum Electron., 33, 1065-1071 (2003).V. S. Burakov, A. F. Bokhonov, M. I. Nedelko, N. V. Tarasenko, Quantum Electron., 33, 1065-1071 (2003).SciAps, Inc., LIBS: Handheld Laser Induced Breakdown Spectroscopy (HH LIBS)-SciAps (2016).SciAps, Inc., LIBS: Handheld Laser Induced Breakdown Spectroscopy (HH LIBS)-SciAps (2016).B. N. Bennett, M. Z. Martin, D. N. Leonard, E. Garlea, Appl. Phys. B, 124, 42(1-10) (2018).B. N. Bennett, M. Z. Martin, D. N. Leonard, E. Garlea, Appl. Phys. B, 124, 42(1-10) (2018).NIST Atomic Spectra Database; http://www.physics.nist.gov/PhysRefdata/contents.html.NIST Atomic Spectra Database; http://www.physics.nist.gov/PhysRefdata/contents.html.W. Lochte Holtgreven, Plasma Diagnostics, American Institute of Physics, Woodbury, NY (1995).W. Lochte Holtgreven, Plasma Diagnostics, American Institute of Physics, Woodbury, NY (1995).F. Colao, V. Lazic, R. Fantoni, S. Pershin, Spectrochim. Acta B, 57, 1167-1171 (2002).F. Colao, V. Lazic, R. Fantoni, S. Pershin, Spectrochim. Acta B, 57, 1167-1171 (2002).V. Pinon, C. Fotakis, G. Nicolas, D. Anglos, Spectrochim. Acta B, 63, 1006-1013 (2008).V. Pinon, C. Fotakis, G. Nicolas, D. Anglos, Spectrochim. Acta B, 63, 1006-1013 (2008).G. Bekefi, Principles of Laser Plasmas, Wiley Interscience, New York, Ch. 13 (1976).G. Bekefi, Principles of Laser Plasmas, Wiley Interscience, New York, Ch. 13 (1976).I. B. Gornushkin, L. A. King, B. W. Smith, N. Omenetto, J. D. Winefordner, Spectrochim. Acta B, 54, 1207-1212 (1999).I. B. Gornushkin, L. A. King, B. W. Smith, N. Omenetto, J. D. Winefordner, Spectrochim. Acta B, 54, 1207-1212 (1999).M. Sabsabi, P. Cielo, Appl. Spectrosc., 49, 499-507 (1995).M. Sabsabi, P. Cielo, Appl. Spectrosc., 49, 499-507 (1995).A. A. I. Khalil, Opt. Laser Technol., 45, 443-452 (2013).A. A. I. Khalil, Opt. Laser Technol., 45, 443-452 (2013).A. A. I. Khalil, W. O. Younis, M. Gandol, Indian J. Phys., 91, 327-336 (2017).A. A. I. Khalil, W. O. Younis, M. Gandol, Indian J. Phys., 91, 327-336 (2017).S. Hafeez, N. Shaikh, B. Rashid, M. A. Baig, J. Appl. Phys., 103, 083117-083120 (2008).S. Hafeez, N. Shaikh, B. Rashid, M. A. Baig, J. Appl. Phys., 103, 083117-083120 (2008).J. J. Chang, B. E. Warner, Appl. Phys. Lett., 69, 473-478 (1996).J. J. Chang, B. E. Warner, Appl. Phys. Lett., 69, 473-478 (1996).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.