温度对飞秒激光诱导击穿光谱特性的影响

发布时间：2017-10-12 21:42

  本文关键词：温度对飞秒激光诱导击穿光谱特性的影响

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【摘要】：目前,激光光谱技术已成为分析元素组成的重要手段,它具有破坏性小、精度高、分析速度快等优点,并且可以对固体、液体和气体进行定性和定量的分析。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)就是这样一种技术。与其它光学方法相比,LIBS有着显著的优势,不仅实验操作过程简单,还克服了在同一时间不能对多种元素同时进行测量和分析的难题。另外,该技术还具有高灵敏度、高精度等特性,可以在敌对环境或远距离条件下进行探测。正因为LIBS有如此多的优点,该技术被广泛应用于各个领域,如生物医学检测[1]、土壤检测[2]、冶金领域[3]、有毒材料的探测[4-5]、医学检验[6]、适用于艺术和考古文物[7-8]等。随着激光技术的发展和完善,科研工作者们把目光投向了飞秒激光,使飞秒激光诱导击穿光谱技术(femosecond-LIBS)得到了全方位的创新和发展。飞秒激光的脉冲宽度极小,连续辐射的强度也较小。此外,飞秒激光还具有较低的阈值、较高的稳定性和极好的重复性等优点。因此,我们的实验小组采用飞秒激光进行一系列实验研究,提高了等离子体谱线的发射强度以及检测精度和探测极限。本文主要通过四部分来介绍飞秒激光诱导击穿光谱技术。第一章阐述了激光诱导击穿光谱技术的发展历史,将LIBS技术与传统分析手段进行对比,指出了LIBS技术的优势与不足。并且介绍了LIBS在多个领域的应用,充分体现了LIBS在当今社会存在的意义和价值。随后介绍了飞秒激光诱导击穿光谱技术,以及其在生产生活中的实际应用,使我们对飞秒激光技术有了更深一步的认识。第二章则详细地阐明了激光诱导击穿光谱技术的理论基础,从不同方面介绍了等离子体,包括等离子体的概念、特性和应用,着重强调了激光诱导等离子体光谱的产生过程。同时,还对激光诱导等离子的模型和谱线展宽机制以及等离子体温度的求解方法进行了阐述,为实验部分奠定了理论基础。第三章是本论文的实验部分,首先介绍了实验装置和各个系统的工作原理;然后,详述了选定实验样品和待测谱线的原因;最后从三个方面对激光诱导所产生的等离子体发射谱线的强度进行研究,分别测量了不同样品温度、激光脉冲能量和延迟时间下,Na I谱线发射强度的变化情况。首先我们测量了不同样品温度下Na I谱线强度的变化趋势,实验结果表明,对样品预加热可以提高等离子体谱线的发射强度。增大激光脉冲能量也可以使谱线强度变大,但当激光脉冲能量达到一定值时,自吸收效应开始增强,Na I谱线强度有所下降。延迟时间越短,Na I谱线发射强度越大。且从不同角度解释了Na等离子体谱线强度发生变化的原因。第四章,总结了本论文的实验成果和研究意义,指出了实验过程中遇到的问题,确定了下一步的研究方向。
【关键词】：飞秒激光 LIBS 等离子体谱线强度 温度 激光能量 延迟时间
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249;O433
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的简介11-20
• 1.1.1 激光诱导击穿光谱技术的发展历史11-12
• 1.1.2 激光诱导击穿光谱技术的原理12-13
• 1.1.3 激光诱导击穿光谱技术的特性及优点13-14
• 1.1.4 激光诱导击穿光谱技术在实践中的应用14-19
• 1.1.4.1 在检测物质成分领域的应用14
• 1.1.4.2 在环境检测领域的应用14-16
• 1.1.4.3 在工业生产控制领域的应用16
• 1.1.4.4 在考古学领域的应用16-17
• 1.1.4.5 在生物医学领域的应用17-18
• 1.1.4.6 在太空探测领域的应用18
• 1.1.4.7 在核电安全检测领域的应用18-19
• 1.1.5 激光诱导击穿光谱技术的局限性19-20
• 1.2 飞秒激光诱导击穿光谱技术简介20-23
• 1.2.1 飞秒脉冲激光技术的发展20
• 1.2.2 飞秒脉冲激光技术的应用20-21
• 1.2.3 飞秒激光诱导击穿光谱技术简介21-23
• 1.3 本章小节23-24
• 第二章 激光诱导击穿光谱技术的理论基础24-35
• 2.1 激光诱导等离子体的形成24-26
• 2.1.1 等离子体的概念24
• 2.1.2 等离子体的形成过程24-25
• 2.1.3 等离子的特性25
• 2.1.4 等离子体的应用25-26
• 2.2 激光诱导等离子体模型26-28
• 2.2.1 日冕模型(Corona Model)26-27
• 2.2.2 局部热平衡模型(Local Thermodynamic Equilibrium，，LTE)27
• 2.2.3 碰撞辐射模型(Collisional Radiative Model)27-28
• 2.3 激光诱导等离子体的辐射形式28
• 2.4 激光诱导等离子体的谱线展宽机制28-30
• 2.4.1 自然展宽29
• 2.4.2 共振展宽29
• 2.4.3 Stark展宽29
• 2.4.4 Doppler展宽29-30
• 2.4.5 Vander Waals展宽30
• 2.4.6 仪器展宽30
• 2.5 激光诱导等离子体光谱电子温度的求解30-33
• 2.5.1 Boltzmann法31-32
• 2.5.2 Saha-Boltzmann方法32
• 2.5.3 线状谱与连续谱相对强度比值法32-33
• 2.6 激光诱导等离子体光谱电子密度的求解33-34
• 2.6.1 Stark展宽法33-34
• 2.6.2 Saha-Boltzmann方法34
• 2.6.3 谱线中心线移法34
• 2.7 本章小结34-35
• 第三章 影响飞秒激光诱导等离子体光谱发射强度因素的实验研究35-48
• 3.1 实验装置35
• 3.2 检测系统的组成35-37
• 3.2.1 飞秒激光器35-36
• 3.2.2 样品台36
• 3.2.3 光谱探测系统36-37
• 3.3 样品、待测元素和谱线的选定37
• 3.4 结果与讨论37-46
• 3.4.1 温度对飞秒激光诱导等离子体光谱强度的影响37-40
• 3.4.2 激光脉冲能量对飞秒激光诱导等离子体光谱强度的影响40-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 总结和展望48-50
• 4.1 总结48-49
• 4.2 展望49-50
• 参考文献50-58
• 作者简介58-59
• 致谢59-60

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3 ;激光诱导脑电波[J];激光与光电子学进展;2009年06期

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本文编号：1021092