高重频激光诱导击穿光谱关键技术研究

发布时间：2020-11-08 15:24

　　 随着激光技术的不断成熟与完善,激光波谱技术已经在许多领域得到了广泛的应用,激光诱导击穿光谱技术(LIBS,Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)就是激光波谱技术的一种。本文对基于高重频激光器的LIBS系统进行了深入的研究,同时利用分子动力学算法和EAM嵌入原子势对激光灼烧坑的形貌进行了模拟。具体内容包括:(1)基于分子动力学算法以及EAM嵌入原子势建立了激光沉积过程的物理模型,数值仿真了铅样品激光灼烧坑的分子动力学过程。在模拟中,首先利用热传导方程,计算出激光脉冲作用后样品中粒子的初速度;然后利用EAM嵌入原子势推导出的原子之间相互作用力公式,得出不同时刻粒子的运动状态,详细分析了灼烧坑中粒子喷溅数量和喷溅率随时间的变化情况。(2)搭建了单脉冲激光诱导击穿光谱测量系统。研究了不同能量激光脉冲作用下铅样品的LIBS光谱特性,并对含铅量为0.12%、12.92%、25.05%、99.9%(99.9%为纯铅)的样品进行了定性和定量分析。(3)基于低能量、高重频的二极管泵浦Nd:YAG调Q激光器搭建了激光诱导击穿光谱测量系统。实验研究了激光功率和激光重频对LIBS光谱的影响以及激光重频过高时铅元素等离子体光谱中的缺损现象,实验结果表明高重频LIBS光谱的信号强度与单脉冲LIBS相比提升了近4倍,同时辐射更多的特征谱线(以铅量样品为例,可以获得7条铅元素的特征谱线);基于峰值提取函数实现了LIBS光谱中特征峰波长与强度的提取识别。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN24
【部分图文】：

LIBS实验装置原理图

表面附着大量钙和其他杂质；（b）利用 LIBS 炮；（c）大炮修复后细节部分。元素分析技术也有着十分重要的应用价值。尤其破坏爆炸物的前提下对其元素组成进行确定，而安全隐患。出于保护检测者的目的，能够进行远就显得尤为重要了。LIBS 技术恰恰可以做到这 技术的结合，可以实现远程的元素分析检测工作术也被广泛的应用在了各国军事领域中的爆炸物reno 等人将远距离探测技术结合到 LIBS 技术中，测，如图 1-3 所示。他们的实验系统采用共轴式氢、氮的光谱发射信号强度等重要参数成功的分以及有机非爆炸物。另外，他们还在 30m 外对 行了检测，其中有 19 种高能量样品的元素组成验室的 Lucia 等人进一步将化学、计量学与远距

图 1-3 利用远距离 LIBS 技术对野外的爆炸物进行检测BS 技术应用最广泛的领域当属环境科学了。不仅从土壤到水体，从有金属，甚至在空气质量检测方面同样可以看到 LIBS 技术的身影，这完 LIBS 技术强大的分析能力和适用性。
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本文编号：2874964