温度和空间约束对飞秒激光诱导等离子体光谱的影响

发布时间：2020-07-24 06:05

【摘要】：激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy),简称LIBS,是一种元素分析技术。这一技术基于激光烧蚀,通过高功率脉冲激光对样品进行烧蚀,在样品表面产生等离子体,然后通过探测器探测等离子体的发射光谱。LIBS有许多显著的优势,比如检测过程可以在短时间内完成、样品只需要简单的光学处理、可以用光纤实现远程和现场检测等。虽然具有许多优点,但与其它类似技术(如电感耦合等离子体质谱法)相比,相对较差的灵敏度往往限制了LIBS的分析性能。随着LIBS的广泛应用,提高LIBS灵敏度和效率的研究越来越受到关注。随着激光技术的飞速发展,飞秒激光的应用越来越普遍。与纳秒激光相比,在LIBS中应用飞秒激光对实验有许多较明显的改善,比如更低的烧蚀阈值能量、更少的分馏汽化、更高的空间分辨率、更小的烧蚀质量和更小的样品损伤。由于更小的样品损伤和更低的烧蚀阈值能量,使得飞秒LIBS的再现性得到了明显的改善。到目前为止,很少有研究者使用飞秒激光脉冲研究LIBS。因此,在LIBS实验中应用飞秒激光是很有必要的。本文由五章组成。第一章介绍了LIBS技术的原理、优缺点、应用、国内外的发展现状以及增强LIBS光谱强度的一些方法。第二章介绍LIBS的理论背景。第三章研究了不同初始温度下锗的飞秒激光诱导击穿光谱。实验结果表明,光谱强度随着温度的升高而降低。之后研究了半导体锗的瞬时反射率变化并发现温度越高,锗的瞬时反射率变化越小,从而推测光谱强度随温度升高而减小主要是由于反射率的影响。第四章研究空间约束对飞秒激光诱导铜等离子体的影响。当放置圆柱形空腔以约束激光诱导铜等离子体时,观察到铜原子线的发射强度明显增强。实验结果表明空间约束条件下LIBS的光谱加强比受到约束腔直径和选择的原子发射线的影响,由于等离子体羽的高度低于空腔高度,使得空间约束效应不受约束腔高度的影响。当约束腔直径为2mm,延迟时间为3.5μs时,测量得到Cu原子线发射强度的最大加强比约为3。我们将光谱增强归因于冲击波的反射对等离子体羽的压缩。第五章总结本文的研究成果并提出对未来的展望。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24;O53
【图文】：

示意图,在线检测装置,土壤养分,总体结构

大学的傅院霞等人应用单脉冲 LIBS 技术，检测了硫酸铜水溶度，通过定标曲线拟合方法，得出了铜元素的检测限为 23pp的这一研究，为人们检测水中重金属污染物提供了参考，有助属元素的检测与分析[3]。Knopp 等人使用准分子（308nm）泵过 LIBS 技术测量了溶液中的许多金属离子（钠离子、铅离子些金属离子的检测限数据，这一结果有助于更好的分析复杂的素[4]。S 技术不仅在水污染检测方面大有建树，而且在空气污染检测udragne 等人使用时间分辨 LIBS 方法测量了大气中的污染物，有氟、氯、硫，其中硫元素是酸雨的罪魁祸首。他们的这一研的对大气污染，特别是酸雨的预防，为空气污染的预防和治理

双脉冲,组合方式,等离子体,激光

第一章绪论加热光，对产生的等离子体进行加热；（b）垂直再加热方案，焦在样品表面，第二束激光沿垂直第一束激光的方向，聚焦到导出的等离子体上，对等离子体进行加热；（c）垂直预激发，平行于材料表面的方向入射，在材料上方几毫米高的空气中聚的空气产生等离子体，然后再用一束垂直于样品表面的激光对行加热。

光谱图,双脉冲,单脉冲,等离子体

平行于材料表面的方向入射，在材料上方几毫米高的空气中聚的空气产生等离子体，然后再用一束垂直于样品表面的激光对行加热。图 1.2 三种不同的双脉冲组合方式。a）共线双脉冲方案，（b）垂直再加热方案，（c）垂直预激发

【参考文献】