焦点到样品表面距离对激光诱导击穿光谱的影响

论文摘要

随着科学技术的快速发展,激光技术的研究和应用越来越广泛。原子发射光谱法（Atomic Emission Spectroscopy,简称AES）是一种经典的光谱分析技术。而激光诱导击穿光谱（Laser-induced Breakdown Spectroscopy,简称LIBS）作为AES的一种,在元素分析领域有着广阔的应用前景。高功率脉冲激光与物质相互作用产生瞬态等离子体,等离子体发射出原子、离子或者分子谱,通过分析这些特征谱,实现对待测样品定性和定量的分析。LIBS技术具有很多优点,例如:对样品预处理要求低、对样品损伤小、能够实时、原位分析以及能够实现多元素同时分析等。这些独特的优点使该技术可以应用于生物医学、太空探测、深海探测等众多领域。当前,如何提高光谱发射强度和探测灵敏以及降低检测限成为研究者重点研究的方向。因此,出现大量提高光谱强度的方法,其中空间约束、预加热和改变透镜位置凭借操作简单、增强效果明显等优势被广泛使用。本论文主要分为五个章节。第一章介绍了LIBS技术的理论基础、国内外研究现状、LIBS技术的优缺点以及提高LIBS光谱强度的方法。第二章讨论了聚焦透镜位置对LIBS光谱强度、信噪比（SNR）和等离子体羽膨胀动力学的影响。第三章和第四章是本论文的核心内容,主要讨论了空间约束LIBS和预加热LIBS,虽然这两种方法对发射谱线的增强已经被很多研究者证实,但在此基础上,改变焦点到样品表面距离（FTSD）的研究还很少。因此,在第三章中我们研究空间约束下FTSD对激光诱导Si等离子体膨胀动力学的影响。先通过分析激光诱导Si等离子体的时间分辨光谱,无空间约束时,谱线的发射强度随延迟时间呈衰减状态。而空间约束对光谱的增强会受到FTSD的影响,并且等离子体羽的形态与发射光谱直接相关,因此我们研究了FTSD对等离子体羽膨胀动力学的影响,随着FTSD的增加,能获得等离子体形态变化最大的位置,表明此时空间约束压缩程度最大,选择合适FTSD能获得空间约束LIBS的最佳增强效果。第四章在样品初始温度变化的基础上,研究FTSD对LIBS光谱强度的影响。当FTSD固定时,升高样品温度会增加样品烧蚀质量和升高等离子体温度,导致光谱强度增强。样品温度的升高会降低样品的烧蚀阈值,使样品吸收更多的激光能量,导致原子和离子谱线强度均上升,但离子谱线强度增加的更快。FTSD改变的是激光聚焦到样品表面的光斑尺寸,改变样品表面的激光能量密度,影响激光与样品之间的耦合作用,最终影响光谱强度。最后,第五章概括本文研究的重点内容,并对今后LIBS研究工作提出一些建议和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 激光诱导击穿光谱技术简介
•   1.2 LIBS技术的发展历史及研究现状
•   1.3 LIBS技术的优点及应用
•   1.4 LIBS技术的增强方法
•     1.4.1 空间约束LIBS
•     1.4.2 预加热LIBS
•     1.4.3 双脉冲LIBS
•     1.4.4 双波长双脉冲LIBS
•     1.4.5 磁约束LIBS
•   1.5 论文的框架和内容
• 第二章 焦点到样品表面距离对LIBS光谱的影响
•   2.1 引言
•   2.2 焦点到样品表面距离对特征谱线发射强度的影响
•   2.3 焦点到样品表面距离对特征谱线信噪比的影响
•   2.4 焦点到样品表面距离对等离子体羽形态的影响
•   2.5 本章小结
• 第三章 空间约束下焦点到样品表面距离对羽膨胀动力学的影响
•   3.1 引言
•   3.2 实验装置
•   3.3 结果与讨论
•   3.4 本章小结
• 第四章 不同样品温度下焦点到样品表面距离对Si等离子体的影响
•   4.1 引言
•   4.2 实验装置
•   4.3 结果与讨论
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张丹

导师: 陈安民

关键词: 激光诱导击穿光谱,焦点到样品表面距离,空间约束,样品温度

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 吉林大学

分类号: TN24;O562

总页数: 80

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