不同激光参数下煤粉颗粒流等离子体特性分析

针对激光诱导击穿光谱技术应用于煤粉颗粒流成分的直接检测, 研究不同激光光源参数对煤粉颗粒流等离子体特性的影响,以优化煤粉颗粒流检测时的激光波长、能量等光源参数。选取电厂常用燃煤神木混作为实验对象,经碾磨后得到粒径小于0.2 mm的样品,利用绞笼式给粉机产生稳定煤粉流。研究分析不同激光波长下等离子体温度、电子密度以及特征谱线强度等特性随激光能量的变化趋势。研究结果表明,在不同波长激光作用下,煤粉颗粒流的等离子体温度、电子密度和特征谱线绝对强度随激光能量在一定范围内的变化趋势基本一致,但在激光波长为1064nm 条件下,随着激光能量的增加,这些特性参数增加的速度要比532nm时更快,这主要是由于短波长（532 nm）的光子效率更高,在较低的能量条件下,就会达到饱和状态。     

不同煤种煤粉颗粒流的等离子体特性研究

将激光诱导击穿光谱(LIBS)技术应用于煤粉颗粒流 的检测。选用无烟煤、烟煤和褐煤3种燃用特性差异较大的 煤样为研究对象,具体分析了不同煤种煤粉颗粒流的等离子体特性。在 大气环境下,使用1064nm脉冲激光击穿煤粉颗 粒流,并用光谱仪收集等离子信号。通过对等离子体信号 的分析,得出煤样颗粒流的Si、Al相对强度、等离子体温度以及电子密度与煤种的关系。 实验研究表明, 煤粉颗粒流的Si、Al相对强度随灰分含量的增大而增大;各煤种的煤粉颗粒流的等离子体温 度和电子密度从大到小排列依次为无烟煤>烟煤>褐煤。     

碳片的空间约束对土壤等离子辐射特性的影响

为改善激光诱导击穿光谱的质量,提高激光诱导击穿光谱技术对土壤样品的检测能力,研究了圆形碳片距离样品表面的高度变化对土壤等离子体辐射强度的影响,并通过Boltzmann图方法和光谱线Stark展宽法测量了等离子体的电子温度和电子密度。实验结果表明,当有碳片从轴向约束等离子体时,等离子体辐射强度比没有碳片约束时的明显增强;随着碳片距离样品表面高度的加大,等离子体辐射强度逐渐升高并在11mm处达到最强,随后减弱。计算可知,样品中元素Fe、Mn、K和Ti在碳片距离靶面11mm处的谱线强度要比无碳片约束时的分别提高179.88%、117.02%、123.21%和91.24%;光谱信噪比分别提高107.30%、92.26%、68.48%和67.66%;等离子体的电子温度升高2800K,电子密度升高2.16×1016 cm-3。研究结果为土壤中痕量元素的检测提供了一种简单、易行的方法。     

水分对激光诱导煤粉等离子体特性的影响

研究了水分对激光诱导击穿煤粉等离子体特性的影响,以分析水分对激光诱导击穿煤粉定量测量的影响.实验选取了空干基C和Si元素含量相近但水分差别较大的神华煤和平朔煤,分别采用其收到基和干燥基共4个样品进行实验.采用Ca的原子谱线计算了各样品在延迟时间分别为83 ns,500 ns,917 ns和1292 ns时的激光诱导击穿等离子体温度,并分别用C247.856 nm和Si390.5523 nm特征谱线估算了电子密度.实验表明,各样品的激光等离子体温度随着延迟时间的增大而降低,含水分的煤样其激光诱导击穿等离子体的温度较低,而电子密度受水分的影响不大,含水分的煤样其激光诱导击穿的特征谱线强度较弱.     

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。     

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。     

基于平面反射镜约束的激光诱导击穿光谱技术研究北大核心CSCD

为改善激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)的光谱特性,搭建了平面反射镜约束下的LIBS检测系统,将平面反射镜放置于样品两侧,分别选取平面反射镜间距7 mm,9 mm,11 mm,13 mm开展实验,得到等离子体辐射强度随平面反射镜间距增加而减小。研究了不同平面反射镜间距对土壤样品中Fe,Al,Pb 3种元素等离子体特性的影响,实验结果显示:相比于无平面反射镜约束,在平面反射镜间距为7 mm时,样品中Fe I,Al I,Pb I等3种元素的信噪比分别提高了29.9%,39.4%,31.0%;计算得到等离子体温度提高了484.54 K,等离子体电子密度提高了2.41×10^(15)cm^(-3)。对有无平面反射镜约束下的Pb元素进行定量分析,得到检测限从86.9 mg/kg降低到51.2 mg/kg,相对标准偏差从7.8%降低到4.6%。可见,利用平面反射镜是改善激光光谱特性的一种简单有效的方法。     

不同硬度受热面材料的激光诱导等离子体光谱特性分析

将激光诱导击穿光谱(LIBS)用于锅炉受热面材料特性分析,选用受热面常用的珠光体耐热钢12Cr1MoV,并通过热处理工艺制备了不同硬度的实验样品。选择样品中基体元素Fe和合金元素Mn、Cr、V合适的分析谱线,对比分析了不同硬度条件下离子谱线与原子谱线的强度比和等离子体温度的变化规律。实验结果表明,由于等离子体冲击波特性差异和激光烧蚀质量的变化,导致了特征元素离子谱线与原子谱线强度比随着样品硬度的增加而增强,等离子体温度随硬度的增加而升高。     

CsCl添加剂对土壤的纳秒激光诱导等离子体光谱的影响

为了提高土壤中激光诱导土壤等离子体光谱的质量,以纳秒脉冲激光作为激发源,研究了CsCl作为土壤样品添加剂对等离子体辐射特性的影响。实验结果表明,在激光能量为200mJ的条件下,CsCl添加剂能够明显增强等离子体的辐射强度。对于土壤样品中的元素Al、Fe和Ti,添加剂含量为20%的谱线强度比无添加剂时的分别提高了42%、39%和54%,光谱信背比分别提高了8%、24%和28%,而且元素Fe和Ti的光谱线宽度变窄了。对激光能量分别为300mJ和400mJ条件下的等离子体光谱也进行了研究。     

液体中Cu元素双脉冲激光诱导击穿光谱测量研究

为了研究液体中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱,通过双脉冲激光诱导击穿光谱(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy,DP-LIBS)技术,对竖直流动的CuSO_4水溶液样品中Cu元素激光诱导击穿光谱的特性进行测量和分析。实验中使用两台532 nmn Nd:YAG激光器作为激发光源,等离子体信号通过光栅光谱仪和CCD进行采集。实验考察了DP-LIBS积分延时、激光脉冲间隔等参数对LIBS信号的影响。研究结果表明Cu元素双脉冲激发时的等离子体特征谱线发射强度是单脉冲激发时特征谱线发射强度的2倍左右,信噪比约为3.3倍,当两束激光脉冲间隔2~3μs时,谱线发射强度有最大增强,最后由定标曲线拟合结果得到Cu元素在双脉冲检测限为9.87 mg/L,比单脉冲LIBS提高了约6倍,实验结果为双脉冲LIBS技术应用于水体中重金属快速检测提供了依据。     

Description of the Mueller Matrix for Multiple Scattering at 90°

Mueller matrix elements are presented representing scatter to 90° from an incident polarized laser beam. The cases considered include five particle sizes (such as l.24 μm, 0.494 μm, 0.36 μm, 0.123 μm, and 0.065 μm), two concentrations (such as 0.002 5% and 0.005% by volume), and three detector depths (such as 0, l.5 cm, and 3 cm into the scattering volume). If the magnitudes of the elements can be rounded off to the nearest 0.01, a particle size dependence is described by the resulting average matrices, which is only two matrices for d＞0.22 μm and d＜0.22 μm which are nonsingular and asymmetric, respectively.     

铜磷合金粉末选区激光熔化成型研究

为了应用选区激光熔化技术直接制造金属零件,采用Dimetal 240快速成型机对平均直径为75μm的铜磷合金粉末进行了工艺试验。成型机配备200W半导体抽运Nd:YAG激光器,激光功率为103W～117W,内部扫描速度为0.25m/s～0.41m/s,边框扫描速度为0.15m/s,铺粉厚度为0.2mm。所得试样用扫描电镜和光学显微镜进行了微观组织分析。试样层问结合为冶金结合,致密度达到90%以上,层内组织为细长枝晶,层问组织为细小等轴晶。结果表明,通过设定合适的工艺参量,选区激光熔化技术可以直接成型金属零件。     

不同粒径YAG荧光粉对LED封装光源的影响研究

挑选国内某知名荧光粉企业的三种YAG荧光粉作为研究对象,三种样品的激发光谱相同,中心粒径(D50分别为9.3、13.6、16.7μ用这三种荧光粉,在相同粉胶质量比,相同点胶量的情况下,使用3014型号支架,制作出白光LED灯珠样品。使用分光分度计分别测量老化前后样品的各项光学参数。试验结果显示:随着荧光粉中心粒径的增大,色温向着高色温方向移动;当色温相同时,随着中心粒径的增大,光通量随之增大,使用100 mA电流加速老化一个星期情况下,随着荧光粉粒径的增大,光衰逐渐减小。     

1.06 μm high-power InGaAs/GaAsP quantum well lasers

The high power and low internal loss 1.06 μm InGaAs/GaAsP quantum well lasers with asymmetric waveguide structure were designed and fabricated. For a 4000 μm cavity length and 100 μm stripe width device, the maximum output power and conversion efficiency of the device are 7.13 W and 56.4%, respectively. The cavity length dependence of the threshold current density and conversion efficiency have been investigated theoretically and experimentally; the laser diode with 4000 μm cavity length shows better characteristics than that with 3000 and 4500 μm cavity length:the threshold current density is 132.5 A/cm², the slope efficiency of 1.00 W/A and the junction temperature of 15.62 K were achieved.     

激光诱导硅烷气相合成纳米硅粉研究

采用高功率ＣＯ２激光诱导高纯硅烷气相反应，制备出粉体平均粒径为１０～１２０ｕｍ，晶粒度与平均粒径比为０．３～０．７的各种纳米结晶硅粉。制备出的硅粉粒度均匀，粒子呈球形，但部分粒子间出现烧结。粉体粒径随激光功率、反应压力的增加而增加，随硅烷流量、稀释Ａｒ气的增加而减小。晶粒度对硅烷流量和反应压力的变化不敏感，但随激光功率的降低和混合Ａｒ气的增加而明显减小。Ｓｉ粒子的形成经历了单晶粒子的生长和这些粒子间的碰撞生长过程。     

溶胶-凝胶膜光学表面激光清洗工艺研究

为了解决光学元件表面的颗粒污染问题，在单发次激光干式清洗的基础上，提出了气流置换系统辅助的激光清洗方法，使用波长为355nm的Nd:YAG激光器，针对镀溶胶-凝胶SiO₂薄膜熔石英光学表面粒径为1μm~50μm的典型SiO₂颗粒污染物，进行了理论分析和清洗实验，取得了可用于激光清洗的工艺参量。结果表明，对于镀溶胶-凝胶膜熔石英样品的单发激光干式清洗，最佳激光能量密度为2.29J/cm2，与未镀膜石英的激光清洗工艺参量存在一定差异；在最佳工艺参量下，单发次激光清洗对于粒径1μm以上的SiO₂颗粒清洗效果明显，移除率可达82.96%；当污染密度过高时会导致清洗效果的减弱及对基底的损伤，而气流置换系统辅助的激光清洗方法可进一步增强对光学表面颗粒污染的去除效果。该研究对大型高功率固体激光装置中的光学元件在线清洗及清洗装备的设计具有重要的研究意义与实用价值。