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(shí)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(cè)及工業(yè)過(guò)程控制等領(lǐng)域。在LIBS過(guò)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(wàn)開(kāi)爾文，并在微秒甚至納秒量級(jí)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(chǎng)信息，對(duì)理解等離子體動(dòng)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(jì)作為一種具備高時(shí)間分辨率與寬測(cè)溫范圍的非接觸式測(cè)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(jì)通常基于黑體輻射或灰體輻射原理，通過(guò)檢測(cè)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(jì)不同，瞬態(tài)高溫計(jì)強(qiáng)調(diào)對(duì)快速變化溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)捕捉能力，其響應(yīng)時(shí)間可達(dá)到納秒甚至亞納秒級(jí)別，能夠有效匹配激光等離子體的演化時(shí)序。目前常見(jiàn)的包括多通道光電二極管陣列高溫計(jì)、高速紅外熱像儀、以及基于光纖耦合的多光譜高溫計(jì)等。這些系統(tǒng)通過(guò)同步觸發(fā)機(jī)制與激光脈沖精確對(duì)齊，實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體從形成、膨脹到冷卻全過(guò)程的連續(xù)溫度監(jiān)測(cè)。 在實(shí)際應(yīng)用中，用于激光誘導(dǎo)等離子體溫度場(chǎng)測(cè)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(xiàn)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(jì)的空間分辨能力亦至關(guān)重要。部分研究通過(guò)結(jié)合成像光學(xué)系統(tǒng)與多點(diǎn)探測(cè)，構(gòu)建二維瞬態(tài)溫度場(chǎng)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(cè)器飽和等問(wèn)題也需通過(guò)濾光、快門(mén)控制和信號(hào)校正等手段加以抑制。
近年來(lái)，已有多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)成功將瞬態(tài)高溫計(jì)集成于LIBS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。例如，某研究利用雙波長(zhǎng)比色法瞬態(tài)高溫計(jì)，在532 nm與1064 nm兩個(gè)通道同步采集等離子體輻射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋁靶等離子體在0–10μs時(shí)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(xiàng)工作則采用高速多光譜瞬態(tài)高溫計(jì)，結(jié)合時(shí)間分辨光譜技術(shù)，不僅獲取了溫度時(shí)序曲線(xiàn)，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(shí)間窗口。
展望未來(lái)，瞬態(tài)高溫計(jì)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(cè)器與人工智能算法的發(fā)展，高溫計(jì)的時(shí)間與空間分辨率將進(jìn)一步提升，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體微觀結(jié)構(gòu)（如激波前沿、羽流邊界）的精細(xì)測(cè)溫；另一方面，多物理場(chǎng)耦合建模（如流體-輻射-化學(xué)反應(yīng)耦合）將依賴(lài)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(dòng)LIBS從定性走向高精度定量分析。
