激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)因其非接觸、快速響應(yīng)和元素識別能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于材料分析、環(huán)境監(jiān)測及工業(yè)過程控制等領(lǐng)域。在LIBS過程中，高能激光脈沖聚焦于樣品表面，瞬間產(chǎn)生高溫高壓的等離子體，其初始溫度可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬開爾文，并在微秒甚至納秒量級內(nèi)迅速演化。準(zhǔn)確獲取這一瞬態(tài)高溫等離子體的溫度場信息，對理解等離子體動力學(xué)、優(yōu)化LIBS參數(shù)以及提升定量分析精度具有重要意義。在此背景下，瞬態(tài)高溫計作為一種具備高時間分辨率與寬測溫范圍的非接觸式測溫工具，逐漸成為研究激光誘導(dǎo)等離子體熱力學(xué)特性的關(guān)鍵技術(shù)手段。
瞬態(tài)高溫計通?；诤隗w輻射或灰體輻射原理，通過檢測目標(biāo)在特定波段的輻射強(qiáng)度反演其溫度。與傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)高溫計不同，瞬態(tài)高溫計強(qiáng)調(diào)對快速變化溫度場的動態(tài)捕捉能力，其響應(yīng)時間可達(dá)到納秒甚至亞納秒級別，能夠有效匹配激光等離子體的演化時序。目前常見的包括多通道光電二極管陣列高溫計、高速紅外熱像儀、以及基于光纖耦合的多光譜高溫計等。這些系統(tǒng)通過同步觸發(fā)機(jī)制與激光脈沖精確對齊，實(shí)現(xiàn)對等離子體從形成、膨脹到冷卻全過程的連續(xù)溫度監(jiān)測。 在實(shí)際應(yīng)用中，用于激光誘導(dǎo)等離子體溫度場測量面臨若干技術(shù)挑戰(zhàn)。首先，等離子體并非理想黑體，其發(fā)射光譜包含強(qiáng)烈的原子/離子線狀譜與連續(xù)譜疊加，需采用合適的輻射模型（如局部熱力學(xué)平衡假設(shè)下的Saha-Boltzmann方程）進(jìn)行溫度反演。其次，等離子體空間分布不均，中心區(qū)域溫度顯著高于邊緣，因此高溫計的空間分辨能力亦至關(guān)重要。部分研究通過結(jié)合成像光學(xué)系統(tǒng)與多點(diǎn)探測，構(gòu)建二維瞬態(tài)溫度場圖像，從而更全面地反映等離子體熱結(jié)構(gòu)。此外，背景雜散光、窗口污染及探測器飽和等問題也需通過濾光、快門控制和信號校正等手段加以抑制。
近年來，已有多個研究團(tuán)隊成功將瞬態(tài)高溫計集成于LIBS實(shí)驗(yàn)平臺。例如，某研究利用雙波長比色法瞬態(tài)高溫計，在532 nm與1064 nm兩個通道同步采集等離子體輻射信號，實(shí)現(xiàn)了對鋁靶等離子體在0–10μs時間窗內(nèi)的溫度演化追蹤，結(jié)果表明等離子體初始溫度高達(dá)18000 K，并在2μs內(nèi)迅速衰減至6000 K以下。另一項工作則采用高速多光譜瞬態(tài)高溫計，結(jié)合時間分辨光譜技術(shù)，不僅獲取了溫度時序曲線，還反演出電子密度與激發(fā)溫度的一致性，驗(yàn)證了局部熱力學(xué)平衡條件的有效時間窗口。
展望未來，瞬態(tài)高溫計在激光誘導(dǎo)等離子體研究中的應(yīng)用仍有廣闊發(fā)展空間。一方面，隨著超快探測器與人工智能算法的發(fā)展，高溫計的時間與空間分辨率將進(jìn)一步提升，有望實(shí)現(xiàn)對等離子體微觀結(jié)構(gòu)（如激波前沿、羽流邊界）的精細(xì)測溫；另一方面，多物理場耦合建模（如流體-輻射-化學(xué)反應(yīng)耦合）將依賴高精度瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證與優(yōu)化，從而推動LIBS從定性走向高精度定量分析。
