何亞雄，周文琦，莊 彬，張永勝，柯 川，許 濤*，趙 勇,

1. 福建省先進(jìn)高場超導(dǎo)材料與工程協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 福州 350117 2. 福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院，福建 福州 350117 3. 西南交通大學(xué)超導(dǎo)與新能源研究開發(fā)中心，四川 成都 610031

引 言

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(laser-induced breakdown spectrometry, LIBS)分析技術(shù)近年得到快速發(fā)展，其利用高能脈沖激光直接作用于樣品產(chǎn)生激光誘導(dǎo)等離子體，對等離子體中激發(fā)態(tài)粒子發(fā)出的元素特征譜線進(jìn)行采集和定性與定量分析，獲取目標(biāo)樣品中元素的種類和含量信息。 LIBS技術(shù)得益于實(shí)時(shí)、原位元素檢測性能，以及商業(yè)LIBS分析儀器的發(fā)展，在不同研究領(lǐng)域中的應(yīng)用得到快速增長，正越來越多地應(yīng)用于巖礦分析[1]、燃燒診斷[2]、食品安全檢測[3]、生物醫(yī)學(xué)研究[4]，以及氣體分析[5]等領(lǐng)域。 相比于其他分析技術(shù)，LIBS技術(shù)簡單快速，儀器設(shè)計(jì)靈活，樣品準(zhǔn)備和激發(fā)一步完成，具備多元素同時(shí)檢測的能力。 在氣體檢測應(yīng)用場景，LIBS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)惰性氣體He, Ar檢測[6-7]以及不同類型混合氣體中微量元素C, H, O, N[8-12]。

LIBS技術(shù)分析性能的提升與其產(chǎn)生等離子體的環(huán)境氣體氛圍密切相關(guān)。 氬氣因其惰性氣體特性，作為保護(hù)氣或載氣大規(guī)模應(yīng)用于科研和工業(yè)領(lǐng)域。 而在LIBS技術(shù)研究與應(yīng)用中，由于氬氣具有較低的電離能特征，在脈沖激光與物質(zhì)相互作用時(shí)，氬氣容易電離激發(fā)產(chǎn)生電子，并參與等離子體的生成與演化，對LIBS光譜信號產(chǎn)生決定性影響。

目前，國內(nèi)外有很多工作利用氬氣提供環(huán)境氣體氛圍獲取等離子體的演化特性[13-15]，以改善LIBS技術(shù)分析性能。 開展氬氣激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)研究，對于提高人們對該領(lǐng)域的認(rèn)識以及對氬氣的充分利用有著重要意義，而關(guān)于高純氬氣等離子體光譜分析的報(bào)道還很少。 激光誘導(dǎo)擊穿氬氣是一個(gè)涉及多機(jī)制的復(fù)雜過程，系統(tǒng)地研究氬氣等離子體光譜特性可為上述實(shí)踐領(lǐng)域氬氣的充分利用提供重要的指導(dǎo)。 脈沖激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生等離子體的診斷涉及對等離子體物理學(xué)參數(shù)的計(jì)算。 LIBS是等離子體診斷中常用的光譜學(xué)手段，具有較好的可靠性，其顯著特點(diǎn)是可以通過研究等離子體的基本物理學(xué)參數(shù)，如激發(fā)溫度，電子數(shù)密度的時(shí)間特性和激光能量對其的影響來表征等離子體，這些參數(shù)對于獲取等離子體的演化過程、提升LIBS分析水平是必不可少的。

本工作的目的是開展實(shí)驗(yàn)研究，獲取大氣壓條件下利用Nd∶YAG納秒激光脈沖作用于氬氣產(chǎn)生等離子體的時(shí)間演化特征。 對不同能量的激光脈沖作用下產(chǎn)生的激光誘導(dǎo)擊穿光譜進(jìn)行時(shí)間分辨采集。 對激光誘導(dǎo)氬氣等離子體的物理機(jī)制，包括連續(xù)輻射機(jī)制和特征譜線演化機(jī)制以及電子數(shù)密度和等離子體激發(fā)溫度進(jìn)行討論，電子數(shù)密度和激發(fā)溫度分別采用Stark展寬參數(shù)和Saha-Boltzmann曲線方程進(jìn)行光譜診斷提取。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。 該實(shí)驗(yàn)裝置是自組裝的LIBS系統(tǒng)，激光器為納秒Nd∶YAG調(diào)Q脈沖激光，重復(fù)頻率為10 Hz，光束直徑為6 mm，16 ns脈沖持續(xù)時(shí)間和200 mJ的脈沖能量，基頻脈沖激光波長為1 064 nm，二倍頻為532 nm。 本實(shí)驗(yàn)的激光脈沖能量為每個(gè)脈沖60～100 mJ，研究了脈沖能量對氬氣等離子體的影響。 利用擴(kuò)束鏡將激光束放大兩倍，利用能量計(jì)測量擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后的激光脈沖能量，并使用反射鏡(反射率>99%)調(diào)整光束方向。 最后，使用聚焦透鏡(f=75 mm)將激光束聚焦到氣體樣品室內(nèi)的氬氣，以進(jìn)行激光誘導(dǎo)擊穿氬氣等離子體。 氣體樣品室裝有五個(gè)直徑為3.5 cm的圓形玻璃片，每個(gè)側(cè)面一個(gè)，頂部一個(gè)，用于激光誘導(dǎo)等離子體(LIP)的激光入射，成像和光譜收集。 對于不同波長的激光，在窗口片上進(jìn)行相應(yīng)的鍍膜處理，增加了激光的透射率，減少了激光能量損失。 等離子體信號通過纖芯直徑為400 μm的光纖耦合到中階梯光柵光譜儀。 利用中階梯光柵將不同的光譜波段分散到不同的衍射級數(shù)上，同時(shí)在光柵后面使用棱鏡在第二空間維度上實(shí)現(xiàn)不同階的分離，最后將不同階的光譜排列在光柵上。 二維陣列檢測器ICCD的波長范圍為210～850 nm，分辨率為1 024×1 024個(gè)像素，像素大小為13 μm×13 μm，最小積分時(shí)間為5 ns，最大相對增益為1 000。 在氬氣擊穿后的30 μs內(nèi)，研究了激光誘導(dǎo)Ar等離子體在不同延遲時(shí)間的時(shí)間演化。 通過使用激光器Q開關(guān)的反饋信號來實(shí)現(xiàn)激光器和ICCD之間的同步。 所有實(shí)驗(yàn)均在室內(nèi)，溫度為25 ℃，濕度為45%的大氣壓下進(jìn)行。 在進(jìn)行光譜采集之前，使用低壓汞光譜燈進(jìn)行光譜儀的波長標(biāo)定，并使用氘鹵素光源對光譜儀進(jìn)行輻射強(qiáng)度標(biāo)定。

圖1 激光誘導(dǎo)擊穿氬氣實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Experimental setup diagram of laser-inducedbreakdown in argon

2 結(jié)果與討論

2.1 激光誘導(dǎo)Ar等離子體發(fā)射光譜時(shí)間分辨特征

在固定門寬為0.2 μs條件下，利用532 nm波長激光脈沖對氬氣進(jìn)行激發(fā)。 記錄了Ar等離子體發(fā)射光譜的時(shí)間演化特征。 圖2顯示了不同延遲時(shí)間下的Ar光譜，每個(gè)光譜代表由60個(gè)激光脈沖累積的4次測量的平均值。

圖2 Ar等離子體在不同延遲時(shí)間下的光譜演化特征Fig.2 Spectral evolution characteristics ofAr plasma under different delay times

可以發(fā)現(xiàn)，在激光脈沖與氬氣迅速作用后的初始階段，整個(gè)光譜主要為連續(xù)輻射光譜。 隨著延遲時(shí)間的增加，由于韌致輻射以及電子與離子之間的復(fù)合輻射作用等，光譜輻射強(qiáng)度受等離子體演化衰減的影響而快速降低，電子數(shù)密度降低，譜線寬度變窄，元素特征譜線逐漸出現(xiàn)。 在0.6 μs后，光譜開始主要由原子、離子的離散躍遷輻射譜線組成，多條Ar特征譜線可以區(qū)分識別。

圖3為三種激光脈沖能量下Ar的特征譜線的時(shí)間演化圖，我們選取4條原子線和4條離子線，分別為Ar Ⅰ 696.54 nm，Ar Ⅰ 738.89 nm，Ar Ⅰ 763.51 nm，Ar Ⅰ 772.43 nm和Ar Ⅱ 434.81 nm，Ar Ⅱ 460.95 nm，Ar Ⅱ 480.60 nm，Ar Ⅱ 487.99 nm，表1列出了這些特征譜線的參數(shù)。

從圖3中可以看出無論是Ar的原子線還是離子線，其演化周期相對于文獻(xiàn)[16]和文獻(xiàn)[17]研究的氮和氦明顯增長。 如圖3所示，原子線的強(qiáng)度從Ar等離子體演化初期0.1 μs左右開始上升，直至1.5 μs左右上升至最大值然后開始緩慢下降。 離子線的強(qiáng)度從演化初期的0.1 μs左右開始上升，直至0.2 μs上升到最大值，然后開始迅速下降。 很明顯，Ar的原子線和離子線擁有不同的演化周期，在1.0～30 μs原子線占主導(dǎo)，在0～1.0 μs離子線占主導(dǎo)，在演化過程中原子線的上升伴隨著離子線的下降，直至2.0 μs離子線基本消失。

因此，離子線和原子線的演化具有明顯的差別。 離子線出現(xiàn)在等離子體演化過程的早期階段，且由于電子和離子的復(fù)合過程其衰減程度比原子線要快得多[18]。 離子比原子具有更高的動(dòng)能，并與電子重新結(jié)合形成原子，部分能量轉(zhuǎn)移到原子的激發(fā)上，因此衰減速率要比原子更快[19]。 同時(shí)也說明在激光誘導(dǎo)氬氣等離子體演化過程中存在著能量的轉(zhuǎn)移過程。

在不同激光脈沖能量激發(fā)下，譜線峰強(qiáng)度隨著激光脈沖能量的增加而增加，同時(shí)等離子體的演化周期也不相同，60 mJ脈沖激光能量下，原子線的演化周期約為20 μs，20 μs后由于特征譜線的強(qiáng)度較低與噪聲相近，已無法通過擬合得到較為準(zhǔn)確的峰值。 60 mJ激光脈沖能量下離子線的演化周期約為2.0 μs。 將激光脈沖能量上升至80和100 mJ時(shí)，Ar的原子線和離子線演化周期分別延長至30和8.0 μs，這表明不同能量脈沖激光與Ar相互作用存在差異性。

表1 Ar原子和離子特征譜線參數(shù)Table 1 Relevant spectral data of the observed emission lines

2.2 電子數(shù)密度

利用光譜儀記錄的時(shí)間序列光譜信息可以研究瞬態(tài)等離子體膨脹和衰減過程中電子數(shù)密度的時(shí)間演化特征。 在激光誘導(dǎo)等離子體(laser induced plasma, LIP)的演化過程中，碰撞過程占主導(dǎo)地位，等離子體中的能量轉(zhuǎn)換過程主要依賴于電子與原子或離子的碰撞。 等離子體中的動(dòng)態(tài)行為在很大程度上取決于電子的數(shù)量及其演化規(guī)律。 因此，通過對等離子體的電子數(shù)密度及其時(shí)間行為的研究，獲得等離子體的形成、演化以及等離子體中能量傳輸?shù)男畔?，對提高LIBS定量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。 根據(jù)等離子體光譜理論，測得的線型是各種展寬機(jī)制共同影響的結(jié)果。 在我們目前的實(shí)驗(yàn)條件下，激光誘導(dǎo)等離子體中的譜線展寬機(jī)制主要是Stark展寬的貢獻(xiàn)，而自然展寬、范德瓦爾斯展寬和共振展寬的貢獻(xiàn)在10-5～10-4nm左右，在相關(guān)電子數(shù)密度計(jì)算中可忽略[20-21]。 譜線的Stark展寬與電子密度之間的關(guān)系可表示為

(1)

考慮準(zhǔn)靜態(tài)離子展寬效應(yīng)對Stark展寬的貢獻(xiàn)很小，在本實(shí)驗(yàn)條件下忽略其影響，則忽略離子展寬貢獻(xiàn)后式(1)可以簡化為

(2)

ω與溫度相關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)[23]查閱數(shù)據(jù)，采取冪函數(shù)擬合插值法計(jì)算得出。

LIBS特征譜線主要是Stark展寬的Lorentz函數(shù)以及儀器展寬的Gaussian函數(shù)卷積組成。 選擇Ar Ⅰ 696.54 nm譜線，根據(jù)文獻(xiàn)[23]中的電子碰撞系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，獲取等離子體的電子數(shù)密度。 該譜線沒有其他譜線干擾，在多個(gè)工作中也已證明可適用于等離子體電子數(shù)密度參數(shù)診斷[24-25]。 為提取譜線的Stark展寬近似值，根據(jù)觀察到的Ar Ⅰ 696.54 nm譜線峰型，采用Voigt函數(shù)進(jìn)行擬合，獲得經(jīng)儀器展寬貢獻(xiàn)校正后的Stark展寬值。 儀器展寬采用標(biāo)準(zhǔn)Hg燈光源的Hg特征譜線進(jìn)行高斯擬合獲得。 圖4為80 mJ激光脈沖能量，1.6 μs延遲時(shí)間下的Ar Ⅰ 696.54 nm譜線的擬合圖，得到譜線Stark展寬。 儀器展寬利用低壓汞燈測得為0.058 3 nm。

圖4 Ar 696.54 nm譜線的擬合曲線圖Fig.4 Fitting curve of Ar 696.54 nm spectral line

圖5為60, 80和100 mJ激光脈沖能量條件下，等離子體電子數(shù)密度的時(shí)間演化特征。 隨著延遲時(shí)間的增加，電子和離子復(fù)合輻射，電子數(shù)密度逐漸下降。 在激光脈沖作用后的100 ns前，等離子體光譜中的連續(xù)光譜占據(jù)主導(dǎo)，使用光譜測定法難以獲取Ne的值。 明顯的，等離子體電子數(shù)密度隨激光脈沖能量的增加而增加，表明不同激光能量脈沖與氬氣相互作用的差異。 在0.2 μs處不同激光脈沖能量下初始的等離子體電子數(shù)密度為0.779×1017～1.34×1017cm-3，然后快速衰減，在較長的延遲時(shí)間(>4 μs)后達(dá)到一個(gè)數(shù)量級，大約為9.8×1015cm-3。 在2.0 μs內(nèi)，等離子體的電子數(shù)密度衰減更加迅速。 之后，三個(gè)激光脈沖能量作用下的等離子體電子數(shù)密度值在計(jì)算誤差范圍內(nèi)逐漸趨于相同。 誤差計(jì)算參考了譜線Stark展寬計(jì)算的準(zhǔn)確度，即擬合誤差。 同時(shí)，等離子體電子數(shù)密度的衰減壽命隨激光脈沖能量的增加明顯延長。 對于80 mJ能量激光脈沖作用下的等離子體，其電子數(shù)密度的衰減周期可以延續(xù)至5 μs后。

圖5 利用Ar Ⅰ 696.54 nm Stark展寬計(jì)算的不同激光脈沖能量作用下Ar等離子體的電子數(shù)密度時(shí)間演化特征，誤差棒根據(jù)Stark展寬參數(shù)擬合誤差計(jì)算

2.3 等離子體激發(fā)溫度

Boltzmann方程法和Saha-Boltzmann方程常用于經(jīng)典等離子體光譜診斷提取特定粒子的激發(fā)溫度。 當(dāng)?shù)入x子體內(nèi)部趨于局部熱力學(xué)平衡(local thermodynamic equilibrium, LTE)時(shí)，選定粒子的激發(fā)溫度被認(rèn)為與等離子體電子溫度相等。 對于某一特定粒子，其在不同能級的布局粒子遵循Boltzmann分布。 對于一個(gè)從高能級j到低能級i的原子躍遷，相應(yīng)的譜線強(qiáng)度Iij與上能級Ej的關(guān)系可由式(3)表示

(3)

式(3)中，λ(m)是譜線波長，Aij(s-1)和gj為自發(fā)躍遷概率和上能級統(tǒng)計(jì)權(quán)重；kB(J·K-1)和h(j·s)為Boltzmann和Planck常數(shù)；Ej為上能級能量，c為光速；Ns和Us(T)分別是選取的某一原子或離子的總粒子數(shù)和配分函數(shù)。 通過式(3)可由得出同一類粒子ln(Iijλ/Aijgj)與其譜線Ej的線性方程，該粒子的激發(fā)溫度T由線性方程斜率得出。

Saha-Boltzmann方程法是一種更為精確的方法，通過將Boltzmann和描述LTE條件的Saha方程結(jié)合[21, 26-27]，用于推導(dǎo)等離子體的電離溫度。 采用Saha-Boltzmann方程法的前提是假設(shè)Boltzmann和Saha方程具有同一溫度特征。 因此Saha-Boltzmann方程法的實(shí)現(xiàn)，意味著同一元素不同電離度的粒子將處于同一溫度下的熱力學(xué)平衡條件。 與Boltzmann方程法類似，Saha-Boltzmann方程法的表達(dá)式如式(4)

(4)

式(4)中，*表示離子的校正項(xiàng)。

(5)

圖6 不同激光能量下不同延遲時(shí)間的Saha-Boltzmann曲線圖Fig.6 Saha-Boltzmann diagrams of different delay times under different laser energies

Saha-Boltzmann曲線方程迭代步驟中，為獲得較好的迭代效果，引用上節(jié)Ar Ⅰ 696.54 nm譜線Stark展寬參數(shù)計(jì)算得到的電子數(shù)密度值參與計(jì)算。 Saha-Boltzmann方程中較寬的上能級躍遷譜線能量范圍可提高離子溫度計(jì)算的準(zhǔn)確度。 如圖6中三種脈沖激光能量下不同延遲條件的Saha-Boltzmann曲線圖展示了很好的線性(R2>0.99)關(guān)系，計(jì)算誤差較小。 通過多次迭代最終得到不同脈沖激光能量下的等離子體溫度時(shí)間演化特征，如圖7所示。

圖7 不同的激光能量下氬等離子體溫度時(shí)間演化Fig.7 Plasma temperature at various delay timesfor different laser energies

從圖7中可以看出，在三種激光能量下氬等離體子溫度的衰減趨勢相似。 在0.2～2.0 μs延遲時(shí)間，氬等離子體溫度的衰減速率更快，如在80 mJ脈沖激光能量的激發(fā)下，氬等離子體溫度從初始的0.2 μs延時(shí)下的18 000 K迅速下降到13 000 K(2.0 μs)，之后氬等離子體溫度降低速率變慢，在5.0 μs時(shí)緩慢下降到12 000 K。 這是由于在氬等離子體演化早期，等離子體溫度的快速下降是由等離子體的碰撞引起的，在初始膨脹過程中，熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，等離子體迅速冷卻。 此外，在演化的早期階段，連續(xù)輻射也會造成能量的損失。 而在等離子體演化的后期，由于等離子體膨脹速度的減慢以及電子和離子的復(fù)合加熱，釋放出一定的能量，從而降低了等離子體的冷卻速率，溫度衰減減慢[29-30]。 在等離子體整個(gè)演化期間，激光能量從60 mJ增加到100 mJ時(shí)，氬等離子體溫度上升，結(jié)合圖5電子數(shù)密度的提升，說明產(chǎn)生了更多電子，吸收的光子能量增加，溫度升高[31]。

2.4 特征譜線信噪比

考慮局部熱力學(xué)平衡條件下的等離子體具有相同的溫度，獲取Ar特征譜線信噪比的時(shí)間演化特征對LIBS氬氣定量分析具有重要意義。 對于某一特定譜線，光譜信噪比可以用來評估LIBS信號在不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的靈敏度，信噪比可以由式(6)求得[32]

圖8 不同激光能量下Ar譜線信噪比時(shí)間演化Fig.8 Time evolution of signal-to-noise ratio of Ar spectrum under different laser energies

(6)

式(6)中，Isignal為譜線凈強(qiáng)度，σbackground為靠近譜線附近背景的標(biāo)準(zhǔn)偏差。 本實(shí)驗(yàn)中對Ar譜線強(qiáng)度進(jìn)行了歸一化： 譜線強(qiáng)度除以積分時(shí)間后再除以100。 最后得到了多條氬原子以及離子譜線的SNR的時(shí)間演化特征，如圖8所示。

在較早的延遲時(shí)間內(nèi)，由于Ar等離子體光譜的連續(xù)背景很強(qiáng)，自由-自由碰撞占主導(dǎo)地位，從圖8可以看出，Ar原子和離子特征譜線都具有較低的SNR。 在等離子體演化初期，Ar原子線的信噪比起伏比較大，這和原子線峰強(qiáng)度的演化趨勢類似，原子線在演化初期不占主導(dǎo)，而離子線則在演化初期占主導(dǎo)位置，因此，演化初期離子線具有較高的信噪比。 隨著延時(shí)的增加，原子線的信噪比開始處于一個(gè)較高的水平，并持續(xù)很久且緩慢下降，這是因?yàn)殡x子比原子具有更高的動(dòng)能，并與電子重新結(jié)合形成原子，加快了原子的激發(fā)，原子線的強(qiáng)度增加，從而具有較高的信噪比。 可以發(fā)現(xiàn)Ar原子線的最大SNR在2.0～6.0 μs的范圍內(nèi)。 但是，在6.0 μs后的較長延遲時(shí)間內(nèi)，等離子體開始冷卻，導(dǎo)致信號不穩(wěn)定和SNR逐漸降低。 Ar離子線則在0.2～1.0 μs延遲窗口具有較高的SNR。 隨著脈沖激光能量的變化，SNR達(dá)到最大值的時(shí)間有所變化。 如圖8中的Ar Ⅰ 696.54 nm發(fā)射線，當(dāng)激光能量為60和80 mJ時(shí)，SNR在2.0～4.0 μs時(shí)達(dá)到最大值，而當(dāng)激光能量為100 mJ時(shí)，SNR在4.0～6.0 μs時(shí)達(dá)到最大值。 另外，信噪比隨激光能量的增加而增加，但SNR增長趨勢并不明顯。 從Ar離子線的SNR來看，當(dāng)脈沖激光能量從60 mJ增加到80 mJ時(shí)，SNR有明顯的提升，而從80 mJ提升至100 mJ能量時(shí)，SNR的增長不明顯甚至降低。 這可能是由于隨著激光能量進(jìn)一步提高，單個(gè)脈沖激光剩余能量與其誘導(dǎo)的等離子體已充分相互作用，導(dǎo)致LIBS信號增強(qiáng)趨勢減慢，而脈沖能量的增大會造成儀器噪聲水平上升。

3 結(jié) 論

利用532 nm波長Nd∶YAG激光激發(fā)誘導(dǎo)氬氣等離子體，脈沖激光能量范圍為60～100 mJ，對氬等離子體特性進(jìn)行時(shí)間分辨研究來獲取詳細(xì)的等離子體光譜學(xué)診斷信息。 在等離子體產(chǎn)生的早期階段，由于韌致輻射和復(fù)合輻射的影響，Ar光譜具有明顯的連續(xù)背景。 在0.6 μs延遲后，Ar光譜開始主要由來自原子和離子離散躍遷輻射譜線組成。 Ar特征譜線強(qiáng)度和SNR呈先上升后下降的趨勢，Ar原子線在1.0～30.0 μs延遲窗口占主導(dǎo)，Ar離子線在0～1.0 μs延遲窗口占主導(dǎo)。 采用Stark展寬，Saha-Boltzmann曲線方程計(jì)算等離子體物理學(xué)參數(shù)，并考察了激光誘導(dǎo)等離子體LTE成立條件。 在本實(shí)驗(yàn)條件下，利用Ar Ⅰ 696.54 nm處的Stark展寬計(jì)算了電子數(shù)密度，選取Ar Ⅰ 696.54 nm，Ar Ⅰ 738.89 nm，Ar Ⅰ 763.51 nm，Ar Ⅰ 772.43 nm和Ar Ⅱ 434.81 nm，Ar Ⅱ 460.95 nm，Ar Ⅱ 480.60 nm，Ar Ⅱ 487.99 nm，通過Saha-Boltzmann曲線方程估算了等離子體溫度。 隨著激光脈沖能量的提高等離子體電子數(shù)密度和溫度逐漸增加，且在等離子體形成演化的早期階段電子數(shù)密度和溫度的演化速度更快。 通過對這些參數(shù)的時(shí)間演化研究，可為不同實(shí)驗(yàn)條件下的激光誘導(dǎo)Ar等離子體光譜研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為Ar氛圍下LIBS光譜特性的改善起到指導(dǎo)意義。