作為（wéi）物質存（cún）在的第（dì）四（sì）種狀態的等離子體通常由電子、離子和處於基態以及各種激發態的原子（zǐ）、分子等中性粒子組成。等離子體中帶電（diàn）離（lí）子間庫倫相互作用的長程特性（xìng），是（shì）帶電粒子組分的運動狀態對等離子體特性的影響起（qǐ）決定性作用，其中的電（diàn）子是等離子體與（yǔ）電磁波作用過程中最重要的能量與動量傳遞粒子，因此，等離子體中最（zuì）重要的基本（běn）物理參數是電子密度（dù）及其分（fèn）布以及描述電子能量分（fèn）布的函數以及（jí）相（xiàng）應的電子溫度。而對於中高氣壓環境下產（chǎn）生的非熱低（dī）溫（wēn）等離子體來說（shuō），等離子體中的主要組分是處於各種激發態的中性粒子，此時除了帶電粒子外，中性粒子的分布和所處狀態對等離子體電（diàn）離過程和穩定性（xìng）控（kòng）製也起著非常重要的作用，尤其是各種長壽命亞穩（wěn）態離子的（de）激發。
為了可以充分描述等離子體的狀態，在實驗上不（bú）僅要（yào）對帶電粒子的分布和運動狀態進（jìn）行診斷，如電子溫度、電子（zǐ）密度、電離溫度等參數，還需要對等離子（zǐ）體中的中（zhōng）性粒子進行必要的實驗測（cè）量，來獲得（dé）有關物種的產生、能量分（fèn）布以及（jí）各個激發態布居數分（fèn）布等信息，如氣體溫度、轉（zhuǎn）動溫度、振動溫度、激發溫度等參數。
基於這種要（yào）求，結合相關學科的各種技術形成了一個專門針對等離子體開展診斷研究的技術門類，如對等離子體中電子組分的診斷技術有朗繆爾探針（zhēn）法（Langmuir Probe），幹涉度量法(Interferometer)，全息法(Holographic Method)，湯（tāng）姆遜散射法(Thomason Scattering, TS)，發（fā）射光譜法(Optical Emmission Spectroscopy, OES)等，對離子（zǐ）組（zǔ）分的光譜（pǔ）診斷技術有光（guāng）腔衰減震蕩(Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS)和發射光譜法(OES)，而對（duì）中性粒子的光譜診斷技術包括了吸收光譜法(Absorption Spectroscopy, AS)，發射光譜法(OES)，單（dān）光子或（huò）者雙光（guāng）子激光誘導（dǎo）熒光(Laser Induced Fluorescence, LIF)等。
二、激光誘導熒光（LIF or TALIF）
LIF在等離子體上的應用（yòng）診斷開始（shǐ）於（yú）1975年左右，首先（xiān）是由R.Stern和J.Johnson提出的（de）利用LIF裝置可以測量中性（xìng）基團和離子的相對速度、速度分布函數等。90年代後，LIF被陸續應用到了ECR、ICR、磁控管、螺旋波HELIX、ICP以（yǐ）及（jí）微波驅動CVD等等離子體源中（zhōng）。
2.1、 等離子體 LIF診斷的基本模型
處於（yú）基（jī）態或亞穩態的（de）粒子（zǐ）吸收（shōu）具有一定能量的光子後被激發，再從激發態衰變為自旋多重度（dù）相（xiàng）同的基態或低能態（tài）時，就會發出熒光（guāng）輻射。而熒光光（guāng）強（qiáng）與粒子數成正比，因此，通過測量熒光光強，可以確定處（chù）於基態或亞穩態（tài）的粒子密度。由於這種熒光（guāng）發射的時間長度低於微妙量級，必須采用脈衝寬度在納秒（miǎo）量級的激光來激發熒光，這種診斷方法因此（cǐ）被稱作激光誘導（dǎo）熒光（LIF）。
圖1. LIF基本原理圖
圖１[1]為LIF的基（jī）本原理圖，在一（yī）個三能級（jí）係統中：離子處於亞穩態時，當（dāng）照射激光能（néng）量等於躍遷激發的能（néng）量，離子被泵浦到激發態。由於激發態不穩定，離子又會迅速退激到基態並輻射出熒光。在激發態上停留時間很（hěn）短暫（一般隻有幾納秒寬度）。由於離子不（bú）是靜止的，根據多普勒（lè）效應（yīng）可（kě）知（zhī），在激光傳（chuán）輸方向上存（cún）在一個速度選擇，隻有在激光傳輸方向上滿足一定（dìng）速度的離子才能被特定頻率的（de）激光誘導激發：窄帶激光束（ωlaser，κlaser）入（rù）射（shè），在入射方向上，隻有離子速度（dù） 和激光頻率滿足關係式 時，才能通過相應的激光激發被泵浦到激（jī）發態。對（duì）入射激光頻（pín）率進行掃描變換，測量相應的（de）熒光光強變化，就能得到亞穩態離子速度分布函數在入射激光方向上的投影。如果假（jiǎ）定（dìng）亞穩（wěn）態離子溫度和主體基態離子溫度一致，離子速度分布函數等動力學參數即可獲得（dé）。
2.2、 典型LIF實驗架構與世（shì）界（jiè）上的LIF架構參考
如圖2所示，為典型的等離（lí）子（zǐ）體裝置（zhì）LIF診斷實驗架（jià）構圖。
圖2 典型的等離（lí）子體LIF診斷架構圖（tú）
因為基團和粒子的（de）激發波長不同，因此我們選擇了波長可調諧的納秒脈寬染料激光器，通過（guò）添加不同的染料，輸（shū）出（chū）不同的波長對被測試的粒子和基團（tuán）進行（háng）激發（fā），從而得到激光誘導的熒光衰減與光譜信號，這些信號經由相關的搜集光路被捕獲到光譜儀與ICCD探測器組成的光譜探測係統中，從而得到（dào）光（guāng）譜、強（qiáng）度與時間尺度的三（sān）維熒光光譜，讓研究人員進行相關的分析。圖中所用的DG535/645作為整（zhěng）個實驗（yàn）係統的時序控製裝置。
圖3到圖（tú）4為世界上比較典型（xíng）的不同等離（lí）子體裝置的LIF診斷情況。
圖3. University of Greifswald LIF診斷係統（H原子）
圖4. IHP LIF診斷係統
2.3、典型（xíng）的LIF波長選擇舉例
所以LIF的波長範圍應該根據要觀測的等離子體放（fàng）電的氣體種類及觀測那條譜線來決定
2.4、硬件配置推薦
根據用戶需求（qiú），一般推薦的配置如下：
1、染（rǎn）料可調激光器（qì）：可選配置從200-4500nm 寬範圍（wéi）調諧
2、 光（guāng）譜儀：
2、 像增強型相機（jī）：
參考文獻
[1] 趙岩, 柏洋, 金成剛, 等．激光（guāng）誘導熒（yíng）光在低溫等離子體診（zhěn）斷中的應用[J]. 激光與紅外, 2012, 4(42): 365-371.
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