用激光诱导击穿光谱技术定量分析矿石样品中Si和Mg

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术被用来定量分析矿石样品元素成分.波长为1064 nm的Nd:YAG脉冲激光聚焦在样品表面后产生激光等离子体,等离子体原子发射谱由微型光谱仪记录.为了优化实验条件,研究了激光能量和延时时间等部分参数对谱线强度的影响.实验发现激光脉冲能量对光谱信号的影响大.在选定的变化范围内,改变延时对光谱的影响较小.实验中分别以硅(Si I谱线251.6 nm)和镁(Mg I谱线285.2 nm)为分析线,采用外定标法对硅和镁的含量进行了反演,测得的硅和镁元素含量值与标准值的相对误差分别为7%和3%.     

预制孔穴对激光诱导等离子体辐射的增强作用

通过在样品表面上预制孔穴的方法,研究了激光诱导等离子体辐射的增强效应.实验过程中,采用高能量钕玻璃脉冲激光器(1064nm,6J,0.7ms)烧蚀土壤样品.在预制小孔参数分别为0.8mm、1.0mm、1.2mm直径和0.8mm、1.0mm、1.2mm深度的条件下,测量了激光诱导等离子体的光谱强度和信背比.实验结果表明,利用小孔对激光等离子体的约束作用,明显地增强了等离子体的辐射强度.实验确定的优化条件是,预制0.8mm直径和1.0mm深度孔穴,采集第二个脉冲激发的等离子体辐射,可以获得较高质量的激光光谱.     

激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性研究

阐述了激光诱导等离子体光谱技术的物理机制,分析了气压影响激光诱导等离子体光谱探测的机制和规律,建立了低气压环境下进行激光诱导等离子体光谱探测的试验装置,开展了不同等级低气压环境下的试验研究,通过试验数据具体量化了气压对激光诱导等离子体光谱探测的影响,进而论证了激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性.     

激光诱导击穿固体样品中金属元素光谱的实验研究

激光诱导击穿样品产生的等离子体寿命通常在微秒量级,对其时间演化过程进行了解有利于优化信号采集.定标曲线是定量分析的基础,并且与测量灵敏度和准确度密切相关.采用聚焦的脉冲激光束击穿样品形成等离子体,其发射光谱由中阶梯光栅光谱仪分光,并由增强型电荷耦合器件(ICCD)进行光电探测采集.为了实现对金属元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)测量,在石墨中分别加入Ca,Al,Na,K等元素制作成片状实验样品,利用实验装置进行了系统的激光击穿光谱探测研究.应用ICCD100 ns光学门宽的时间分辨率,通过实验得到了等离子体的时间演化特性曲线,分析了激光击穿固体样品后各待测元素的演化过程.根据含有不同浓度的同种元素样品的LIBS实验结果,归纳出各元素浓度与谱线强度的定标曲线,且大多数定标曲线的线性拟合相关度较高.同一元素不同波长的谱线,其定标曲线的斜率不同,对其差异进行了分析.     

样品制备条件对激光诱导土壤等离子体辐射的影响

为了获得高质量的激光等离子体光谱,以土壤样品为靶,实验研究了不同制备条件下的样品对激光诱导等离子体辐射的影响.结果表明,随着制备样品所用压强从8MPa到20MPa的增加,样品密度增大,等离子体的发射光谱强度和信背比都逐渐提高.当分别用100#、360#、600#砂纸处理样品表面后,发现600#砂纸打磨样品可以获得更高质量的激光光谱.所以,样品制备条件是影响激光光谱质量的重要因素之一.     

蚊香元素成分的LIBS检测分析

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一项很有前景的元素分析技术,具有原位测量、远程监控等优势,而对蚊香样品的LIBS检测应用是一项较新的课题。为将LIBS技术实际应用于环境监测领域,实验中利用时间分辨的激光诱导击穿光谱技术对蚊香样品的激光等离子体光谱进行了测量和分析,确定出蚊香中Al、Mn、Mg、Sr、Zn、Ba、Na、Ca、Fe、Si和H的11种元素成分;基于等离子体局域热动力学平衡模型,计算了等离子体温度。利用自由定标分析方法计算了上述元素的相对含量。实验结果表明激光诱导击穿光谱技术可以用于有害元素的快捷有效检测。     

正交再加热双脉冲激光诱导黄连等离子体的光谱特性

搭建了正交的再加热双脉冲激光诱导击穿光谱(RDP-LIBS)实验装置。以黄连为研究对象,用其特征谱线的光谱强度和信背比评估了光谱特性。通过优化探测延时、两束激光能量值组合及脉冲间隔等实验参数,提高了检测的灵敏度。相比单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)技术,RDP-LIBS技术对4条特征谱线(Fe、Al、Ca、CN)的光谱强度增强倍数分别为4.0,5.5,10.0和3.5。RDP-LIBS下的等离子体电子激发温度和电子数密度均比SP-LIBS下的有所提高。     

激光等离子体对BK7玻璃的损伤的特征研究

实验研究了ns激光脉冲聚焦到BK7玻璃表面发生电离时玻璃的损伤形貌,并基于激光等离子体的特性对损伤特征进行了分析.研究发现:激光击穿产生的激光等离子体具有高温高压的特性以及较宽的光谱分布,这些特性对脆性BK7玻璃的损伤特性有决定性的影响.激光等离子体发射光谱的波长分布远远小于入射激光的波长,其电离效应大大增强,使玻璃材...     

类锂硅离子的软X射线放大

本文描述了最近进行的复合泵浦类锂硅离子软X射线激光增益实验结果。利用1m消像散掠入射光栅谱仪拍摄了平面硅靶线聚焦激光等离子体在5～12nm波长范围里的光谱。利用线聚焦激光等离子体轴向和非轴向光谱的时间积分强度比求得Si~(11+)5f-3d(8.89nm)和5d-3p(8.73nm)跃迁的增益系数分别为1.4和0.9cm~(-1);用轴向强度随线聚焦激光等离子体长度的变化得到离靶面300μm处的增益系数分别为1.5和1.4cm~(-1)。     

类锂离子软X射线激光实验研究

在上海光机所6路激光装置上成功地进行了软X射线激光增益实验,利用自制的一维空间分辨掠入射光栅光谱仪研究了1mm厚平板靶激光等离子体中铝和硅的类锂离子的自发发射放大(ASE)性能.实验表明,Al~(10+)离子的5f-3d跃迁(波长10.57nm)的时间积分发射强度随线状等离子体的长度非线性增长,相应的增益系数为2.3±0.7cm~(-1),最大增益长度乘积约为2; 空间分辨光谱显示增益最大的区域离靶面约440μm.     

高气压Ar对激光诱导Al等离子体辐射特性的影响

用高能量钕玻璃激光器(0~25J)烧蚀Al靶产生等离子体。实验中测量了Ar气气压在0.1~1.0MPa范围内,等离子体发射光谱的谱线强度、半宽度、信背比以及等离子体的电子温度和电子密度随气压的变化。结果表明,随着环境气体压强的升高,等离子体的空间体积被压缩,电子温度和电子密度增大,辐射强度有明显的增强。     

样品温度对激光诱导等离子体辐射强度的影响

增强激光诱导等离子体的发射光谱强度,对于精确测量微弱光谱信号,改进待测材料中低含量元素的探测灵敏度意义重要。首先对金属样品加热升温,并且在一定温度时利用波长为1 064 nm的Nd:YAG纳秒脉冲激光烧蚀样品,激发产生等离子体,测量了不同样品温度条件下等离子体的发射光谱强度和信噪比。结果表明,采用的激光能量为200 mJ时,随着样品温度的升高,等离子体辐射会逐渐增强,并且在温度为150 ℃时达到最大。计算表明,样品中分析元素Mo、Cr、Ni和Mn在温度为150 ℃时的光谱线强度比室温条件下的分别提高了54.56%,72.43%,70.29%和54.01%,光谱信噪比分别增大了37.44%,40.74%,38.6%和37.06%。实验还通过观察等离子体的照片,测量等离子体的温度、电子密度和样品蒸发量,讨论了激光诱导金属等离子体辐射增强的原因。可见,升高样品温度是改善激光等离子体光谱质量的一种有效手段。     

同位重复激光脉冲烧蚀对等离子体辐射的增强作用

为了提高激光诱导击穿光谱的质量, 采用高能量铷玻璃脉冲激光烧蚀土壤样品, 由组合式多功能光栅光谱仪和CCD探测器等组成的光谱分析系统记录光谱信息, 研究了有或无CsCl样品添加剂时多个激光脉冲作用于土壤样品同一位置条件下, 每个激光诱导等离子体辐射强度的变化情况, 并通过Boltzmann图方法测量了等离子体的电子温度。实验结果表明, 随着激光脉冲序数的增大, 等离子体辐射逐渐增强。计算可知, 对于含有15%CsCl的样品, 第6个激光脉冲等离子体中元素Fe、Mn、K和Ti的谱线强度比第2个激光脉冲的分别提高了3.59、2.46、2.82和1.62倍; 光谱信噪比分别提高了3.03、1.97、2.28和1.40倍; 而第6个激光脉冲等离子体的温度比第2个的升高了5 360 K。     

Ar气下激光诱导Cu等离子体电子温度的实验研究

本文从实验上研究了Ar气下激光诱导Cu等离子体的空间分辨发射光谱.在局部热力学平衡(LTE)条件下,根据谱线的相对强度,得到了等离子体的电子温度在104K以上.研究了原子发射谱线强度、电子温度随空间变化的规律.结果表明,通过Cu(Ⅰ)和Ar(Ⅱ)得到的等离子体电子温度随着空间距离的增加都呈下降趋势,具有相同的变化规律.据此,我们可以通过测量背景气体的电子温度来近似判断近靶面未知谱线等离子体的电子温度.     

样品温度对激光诱导黄铜等离子体辐射特性的影响

为了研究样品温度变化对激光诱导铜等离子体特征参数的影响,利用单脉冲激光诱导激发加热台上的样品形成等离子体, 改变样品温度获得相应的黄铜等离子体发射光谱。分析了样品温度变化时特征谱线强度的变化,并在局部热 平衡(Local thermodynamic equilibrium, LTE)条件下,利用Boltzman方程和Stark展宽计算并获得不同样品温度 条件下等离子体电子温度和电子密度随时间的演化规律,同时讨论了激光诱导金属等离子体光谱增强的原因。 实验结果表明,延迟时间相同时,样品温度越高,谱线强度越强,电子温度和电子密度越大。由此可见, 适当升高样品温度可以提高谱线强度。     

激光诱导Al等离子体中电子密度和温度的实验研究

激光烧蚀等离子体在微量元素分析方面有着重要的应用背景，而缓冲气体的种类及压力对激光等离子体的特性有重要影响。报道了以氦气、氩气、氮气和空气作为缓冲气体，实验测定了不同气压下Nd：YAG激光烧蚀Al靶产生的等离子体中的时间分辨发射光谱，利用发射谱线的Stark展宽和相对强度计算了等离子体中的电子密度和温度，得到了在不同缓冲气体中激光诱导Al等离子体的电子密度随延时、气压的演化规律，同时得到了电子温度的时间演化特性。实验结果表明，电子密度的数量级约为10^17cm^-3，电子温度测量值约为10000K，二者都是在激光脉冲后随时间快速衰减，直到4μs以后达到一个较低的水平并缓慢变化，其中以氩气作为缓冲气体时等离子体中的电子密度最大。     

环境气体中激光诱导Fe等离子体发射光谱的时间演化特性

环境气体对于激光诱导等离子体的形成和演化特征有着重要影响,适当的环境气体条件有利于激光诱导等离子体发射光谱分析的进行。利用准分子激光(308 nm)烧蚀低合金钢靶诱导等离子体原子发射光谱,研究了环境气体对等离子体发射光谱强度及时间演化特性的影响,对实验结果进行了讨论,得到了激光诱导Fe等离子体的原子发射光谱分析的优化条件。实验测定了不同气压氩气、氦气环境下及真空条件下Fe等离子体发射光谱强度及时间演化特性。结果表明,环境气体对激光诱导Fe等离子体发射光谱具有增强作用,而在较低气压下氩气比氦气的辐射增强效果更为显著。在5.32×104Pa氩气环境下,在等离子体形成后约6μs和10μs时发射谱线强度和信号背景比分别达到最大值。     

利用脉冲激光预诱导激发产生增强等离子体及其性质的研究

利用普通电焊枪对金属样品进行烧蚀时,由于温度限制,产生的激发等离子体无法满足局部热平衡条件,导致测量等离子体性质出现许多受限条件,如连续多帧光谱全噪声采样信号、基底效应影响和电子温度波动较大等。为解决此问题,提出利用一束短脉冲NdYAG激光器结合精密数字延时脉冲发生器的方法,让该短脉冲激光束平行于样品表面照射进行预激发,再通过电焊枪垂直于样品表面进行二次电离产生高温等离子体。实验结果表明,这种利用短脉冲激光预激发的方式所产生的等离子体特征光谱信号强度大幅增强和电子温度得到提高,最高可达45倍,同时连续采集时特征光谱全噪声信号帧数明显降低,信噪比也得到很好的提高。另外,还讨论了短脉冲激光预激发时间和光纤探测端面几何位置对测量结果的影响。     

Ar~+激光对枯草芽孢杆菌作用的频率依赖性

Ar~+激光在生物学、医学方面有广泛的应用。因为Ar~+激光一般有9条不同频率的输出谱线,所以需要分别研究这9条谱线对生物的刺激作用。我们采用Ar~+激光的9条输出谱线(454.5～514.5nm)分别照射枯草芽孢杆菌,选择最佳照射剂量为3×10~(-2)J/cm~2,得出了Ar~+激光对枯草芽孢杆菌作用的频率依赖性。实验结果表明,随着Ar~+激光波长的增大(从蓝光区到绿光区),其对枯草芽孢杆菌的促进繁殖作用逐渐减小,以至产生抑制繁殖的作用。这一结果对Ar~+激光在生物学、医学方面的应用有重要的指导意义。