

System for Fluorescence Probing of Laser Plasma with High Spatial Resolution
Abstract
A system for spatially resolved measurements of laser-induced fluorescence in laser plasma has been developed. Using aluminum atomic fluorescence as an example, it has been demonstrated that measurements of saturated fluorescence can be conducted during the plasma lifetime, which ranges from 1 to 50 microseconds after the ablation pulse, with a spatial resolution of at least 0.2 mm. This approach enables scanning with high resolution across the cross-section of the laser plume throughout its evolution, with the diameter of the excitation beam waist being significantly smaller than the cross-section. The developed system has been successfully used for fluorescence measurements with high spatial resolution, allowing the assessment of laser plasma size and the investigation of its temporal evolution.
About the Authors
A. S. ZakuskinRussian Federation
Moscow
T. A. Labutin
Russian Federation
Moscow
References
1. A. Shimoura, T. Mochizuki, S. Miyamoto, S. Amano, T. Uyama. Appl. Phys. Lett., 75, N 14 (1999) 2026—2028
2. K. Y. Kim, A. J. Taylor, J. H. Glownia, G. Rodriguez. Nat. Photon., 2, N 10 (2008) 605—609
3. F. A. Ilkov, L. S. Ilkova, S. L. Chin. Opt Lett., 18, N 9 (1993) 681—683
4. P. Y. Meslin, O. Gasnault, O. Forni, S. Schroder, A. Cousin, G. Berger, S. M. Clegg, J. Lasue, S. Maurice, V. Sautter, S. Le Mouelic, R. C. Wiens, C. Fabre, W. Goetz, D. Bish, N. Mangold, B. Ehlmann, N. Lanza, A. M. Harri, R. Anderson, E. Rampe, T. H. McConnochie, P. Pinet, D. Blaney, R. Leveille, D. Archer, B. Barraclough, S. Bender, D. Blake, J. G. Blank, N. Bridges, B. C. Clark, L. DeFlores, D. Delapp, G. Dromart, M. D. Dyar, M. Fisk, B. Gondet, J. Grotzinger, K. Herkenhoff, J. Johnson, J. L. Lacour, Y. Langevin, L. Leshin, E. Lewin, M. B. Madsen, N. Melikechi, A. Mezzacappa, M. A. Mischna, J. E. Moores, H. Newsom, A. Ollila, R. Perez, N. Renno, J. B. Sirven, R. Tokar, M. de la Torre, L. d’Uston, D. Vaniman, A. Yingst, M. S. Team. Science, 341, N 6153 (2013)
5. S. Vijayan, K. B. Kimi, A. Chavan, R. Aditi, U. Thahira, V. Rama Subramanian, R. K. Sinha, Amitabh, S. Vadawale, M. Shanmugam, N. P. S. Mithun, A. R. Patel, S. Amit Basu, K. V. Iyer, K. Suresh, A. Prashar, G. Rima, A. Bhardwaj. Icarus10.1016/j.icarus.2024.116329 (2024).
6. E. P. Milley, R. L. Hawkes, J. M. Ehrman. Monthly Notices Royal Astronom. Soc., 382, N 1 (2007) L67—L71
7. S. I. Anisimov, B. S. Luk’yanchuk. Uspekhi Fizicheskih Nauk, 172, N 3 (2002)
8. E. A. Ershov-Pavlov, K. Y. Katsalap, K. L. Stepanov, Y. A. Stankevich. Spectrochim. Acta, B, 63, N 10 (2008) 1024—1037
9. S. V. Shabanov, I. B. Gornushkin. Spectrochim. Acta, B, 100 (2014) 147—172
10. B. C. Castle, K. Visser, B. W. Smith, J. D. Winefordner. Appl. Spectrosc., 51, N 7 (1997) 1017—1024
11. R. A. Al-Wazzan, J. M. Hendron, T. Morrow. Appl. Surface Sci., 96-98 (1996) 170—174
12. P. X. Ran, H. M. Hou, S. N. Luo. J. Anal. At. Spectrom., 32, N 11 (2017) 2254—2262
13. А. Н. Зайдель. Атомно-флуоресцентный анализ: Физические основы метода, Москва, Наука (1980)
14. M. A. Bolshov, A. V. Zybin, I. I. Smirenkina. Spectrochim. Acta, B: At. Spectrosc., 36, N 12 (1981) 1143—1152
15. J. Sneddon, T. L. Thiem, Y.-I. Lee. Lasers in Analytical Atomic Spectroscopy, New York, VCH (1997) xii, 275
16. M. Miyabe, M. Oba, H. Iimura, K. Akaoka, A. Khumaeni, M. Kato, I. Wakaida. Spectrochim. Acta, B, 110 (2015) 101—117
17. X. S. Bai, Q. L. Ma, M. Perrier, V. Motto-Ros, D. Sabourdy, L. Nguyen, A. Jalocha, J. Yu. Spectrochim. Acta, B, 87 (2013) 27—35
18. K. Sasaki, S. Matsui, H. Ito, K. Kadota. J. Appl. Phys., 92, N 11 (2002) 6471—6476
19. V. S. Burakov, N. V. Tarasenko, N. A. Cheptsova. J. Appl. Spectr., 56 (1992) 518—522
20. A. S. Zakuskin, B. G. Beglaryan, T. A. Labutin. J. Appl. Spectr., 89 (2022) 1035—1039
21. Б. Г. Бегларян, А. С. Закускин, Т. А. Лабутин. Опт. и спектр., 130, № 8 (2022) 1137—1141
22. B. G. Beglaryan, A. S. Zakuskin, S. M. Zaytsev, T. A. Labutin. Plasma Sources Sci. Technol., 33, N 7 (2024)
23. W. Sdorra, K. Niemax. Spectrochim. Acta, B: At. Spectrosc., 45, N 8 (1990) 917—926
24. V. S. Burakov, N. V. Tarasenko, N. A. Savastenko. Spectrochim. Acta, B, 56, N 6 (2001) 961—971
25. H. Loudyi, K. Rifai, S. Laville, F. Vidal, M. Chaker, M. Sabsabi. J. Anal. At. Spectrom., 24, N 10 (2009) 1421—1428
26. I. B. Gornushkin, S. A. Baker, B. W. Smith, J. D. Winefordner. Spectrochim. Acta, B, 52, N 11 (1997) 1653—1662
27. C. M. Li, Z. Q. Hao, Z. M. Zou, R. Zhou, J. M. Li, L. B. Guo, X. Y. Li, Y. F. Lu, X. Y. Zeng. Opt. Express, 24, N 8 (2016) 7850—7857
28. S. M. Zaytsev, A. M. Popov, N. B. Zorov, T. A. Labutin. J. Instrum., 9, N 6 (2014) P06010
29. А. Н. Зайдель. Атомно-флуоресцентный анализ, Ленинград, Химия (1983)
30. S. S. Harilal, N. L. LaHaye, M. C. Phillips. Opt. Lett., 41, N 15 (2016) 3547—3550
31. S. M. Zaytsev, A. M. Popov, T. A. Labutin. Spectrochim. Acta, B, 158 (2019) 105632
Review
For citations:
Zakuskin A.S., Labutin T.A. System for Fluorescence Probing of Laser Plasma with High Spatial Resolution. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2025;92(2):145-151. (In Russ.)