【摘 要】
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针对目前激光诱导击穿光谱技术(Laser-induced Breakdown Spectroscopy,英文缩写为LIBS)存在的实验重复性差技术问题,本文基于空间约束技术方案,开展了空间约束对激光诱导等离子体形态的调控,从而增强激光诱导等离子体光谱强度,同时提高激光诱导等离子体光谱稳定性。研究结果将对提高LIBS光谱的稳定性,提高LIBS技术的实验重复性,并能提高LIBS技术的元素定量分析具有重
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针对目前激光诱导击穿光谱技术(Laser-induced Breakdown Spectroscopy,英文缩写为LIBS)存在的实验重复性差技术问题,本文基于空间约束技术方案,开展了空间约束对激光诱导等离子体形态的调控,从而增强激光诱导等离子体光谱强度,同时提高激光诱导等离子体光谱稳定性。研究结果将对提高LIBS光谱的稳定性,提高LIBS技术的实验重复性,并能提高LIBS技术的元素定量分析具有重要的技术支持。本文开展了空间约束激光诱导等离子体光谱稳定性提高机制的研究,具体工作内容如下:首先研究了平板空间约束条件下激光能量和板间距对空间约束激光诱导铝等离子体光谱特性的影响,获得了激光能量和板间距对激光诱导等离子体光谱增强的影响,推演了空间约束激光诱导等离子体的电子温度和密度。在平板约束条件下,激光诱导等离子体光谱增强出现时间和最大增强时间随着脉冲能量的增大呈减小变化;随着板间距的增大,激光诱导等离子体光谱增强出现时间和最大增强时间增大;空间约束激光诱导等离子体的电子温度和电子密度均有所增大。在激光能量为80 m J和板间距为8 mm时,空间约束等离子体光谱增强效果最佳,最大光谱增强因子2.3倍。开展了平板空间约束激光诱导等离子体光谱稳定性的研究。基于等离子体发射光谱技术,分析探讨了激光能量和板间距对空间约束激光诱导铝等离子体光谱稳定性的影响,获得了空间约束激光诱导等离子体光谱稳定性与时间延时有关。研究结果表明,在激光能量为80 m J和板间距为8 mm条件下,光谱采集延时为8μs,特征谱线的RSD值下降趋势最为明显,相较无约束情况时RSD值下降了13.4%,表明空间约束激光诱导铝等离子体的光谱稳定性有所提高。基于快速摄影法和光学阴影成像法开展了空间约束对激光诱导等离子体形貌调控的研究。通过快速摄影法拍摄了有无平板空间约束激光诱导等离子羽体膨胀的时间演化过程,发现空间约束对等离子体形态进行了调控,且能实现等离子体羽体的空间稳定性调控。结果表明,在平板间距8 mm空间约束条件下,激光诱导等离子体形态在延时8μs时的发光区域形态变化最小,等离子体形态最为稳定。通过光学阴影成像法对空间约束激光诱导等离子体形态调控过程进行了研究,实验结果表明在板间距8mm,等离子体冲击波触板反弹压缩等离子羽体,使等离子羽体变得狭长,且提高了等离子体羽体的空间稳定性。
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