探测高度对土壤激光等离子体特性的影响

为了研究探测高度对土壤激光等离子体的影响,调节收集系统处于11个不同高度进行实验,选取锌的472.21nm特征谱线作为分析线。实验结果表明,随着探测高度的增加,谱线强度、信背比先增大后减小。选取土壤基体元素铁的四条特征谱线计算等离子体温度和铝元素的一条特征谱线计算电子密度,得到了等离子体温度和电子密度在不同探测高度的变化特性,实验结果表明在2mm探测高度处,等离子体温度和电子密度最大。     

粒径对激光诱导煤粉流等离子体特性的影响

为了明确在应用激光诱导击穿光谱技术进行煤粉流物质成分在线检测过程中,煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性的影响,利用螺杆给料机搭建煤粉颗粒流检测平台,分析了粒径不同的6种煤粉流等离子体的光谱数据。结果表明,在相同的实验条件下,随着煤粉颗粒粒径减小,等离子体的电子密度和温度升高,粒径小于50μm与粒径为250μm~300μm的样品的等离子体电子密度和温度分别升高了19.89%和13.13%;煤粉粒径大小对激光诱导煤粉流等离子体特性有很大影响,选取合适的煤粉粒径不仅可以提高光谱强度而且元素检出限也得到改善,更有利于检测样品中含量低的元素。     

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。     

含铅污泥中铅的激光诱导击穿光谱特性研究

利用波长为1064nm的Nd:YAG脉冲激光器作为激发光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为谱线分离器件和探测器件,研究了含铅污泥中铅的激光诱导击穿光谱特性。选取铅的特征谱线PbⅠ405.78nm为分析线,分别测量了PbⅠ405.78nm的谱线强度与信噪比随延时和门宽的变化关系,确定了最佳延时td=2.5μs,最佳门宽tg=3.0μs。在局部热力学平衡近似下,选取铁在360~441nm波长范围内的13条特征谱线,利用玻尔兹曼图,计算得出等离子体温度为6934K;对PbⅠ405.78nm其进行洛伦兹拟合,得到等离子体的电子密度为8.3×1016 cm-3。这些参数为进一步实现对含铅污泥的快速定量分析提供方法和技术支持。     

工作参数对激光诱导土壤等离子体光谱特性的影响

采用波长1064 nm的调Q脉冲Nd:YAG激光器和多通道小型光纤光栅光谱仪,搭建了一套激光诱导击穿光谱分析系统。选择土壤中常见元素AlⅡ(422.68 nm)作为分析线,详细研究激光能量和采样延迟对激光诱导土壤等离子体光谱特性的影响。在相同激光能量下,随着采样延迟时间增加时,信号强度、背景强度、噪声都将变小,而SNR则呈现先增大后减小的趋势;在相同采样延迟时间下,增加激光能量,信号强度、噪声也将增强,而背景强度和信噪比的变化则呈现先增加后减小的趋势。对于某一定的激光能量, 存在一个与之相对应最佳采样延迟时间,随着激光能量增加时,最佳延迟时间也会增大。综合考虑采样延迟时间和激光能量对激光诱导等离子体光谱信噪比的影响,给出了系统的最优化工作参数是激光能量120 mJ、最佳采样延迟时间1.5 μs。     

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。     

激光诱导水垢等离子体温度精确求解研究

为了减小谱线自发辐射跃迁几率等参量的不确定性带来的计算误差,采用一种改进型的迭代Boltzmann算法研究了激光诱导水垢等离子体的电子温度,经过12次迭代,线性相关系数由0.7687提高到0.99991,得到水垢等离子体的电子温度为5012K。Lorentz函数拟合Ca Ⅱ 393.37nm得到水垢等离子体的电子密度是5.7×1016cm-3,远高于临界值6.4×1015cm-3,证明激光诱导水垢等离子体满足局部热力学平衡模型。结果表明,本方法不仅操作简单,而且可以明显提高等离子体特征参量的求解精度。     

环境气压对激光诱导等离子体内靶材元素与空气元素光谱时间分辨特性的影响

激光诱导击穿光谱已被广泛应用于物质分析,但是目前的研究多关注于靶材料元素,极少有对环境气体元素进行分析的公开报道,而激光诱导等离子体与环境空气混合的过程对于理解等离子体膨胀过程极其重要。鉴于此,本团队研究了激光诱导击穿光谱中靶材元素铜和气体元素氮、氢、氧的特征光谱随环境气压、延迟时间变化的规律。实验结果表明：铜元素的特征光谱强度与环境气压不呈单调关系,气体元素的光谱强度与环境气压呈单调关系,其中氮元素只有在环境气压大于10 Pa时才可以探测到,氢和氧元素可以在10-2 Pa时探测到;气体元素的光谱强度随环境气压升高而单调增强,随延迟时间增加而快速下降,信噪比随延迟时间增加而先增大后下降。本工作有助于促进对激光诱导等离子体膨胀过程的理解和实验参数的优化。     

激光诱导击穿空气等离子体参数的光谱分析法

空气等离子体的电子温度和密度对激光诱导空气击穿等离子体产生闪光过程的研究有着重要的意义,本文将纳秒Nd∶YAG脉冲激光(1064 nm)聚焦于大气中,诱导其产生等离子体闪光,并通过Avantes-ULS3648型9通道的光谱仪采集闪光光谱,通过光谱分析,研究了不同延迟时间下激光诱导击穿空气等离子体产生过程中的等离子体电子温度和电子密度的变化情况。根据同一元素不同峰值位发出的光谱,由相对强度比较法可以得出等离子体电子温度,由斯塔克展宽法可得到等离子体电子密度的变化,通过分析发现,等离子体电子温度和密度均随延迟时间的增大而下降。这些结果对研究强激光作用下空气击穿的气体动力理论机制有一定的科学意义。     

激光诱导等离子体辐射特性的研究综述

激光诱导等离子体作为一种宽光谱辐射源,能够产生X射线、紫外、可见、红外、太赫兹以及微波波段的辐射,可应用于天体物理、惯性约束核聚变、生物医学、材料科学、光谱分析、环境工程、信息技术、超快技术、光刻技术、成像技术、雷达技术、半导体技术等众多领域,具有较高的实用价值。迄今为止,有关激光诱导等离子体辐射特性的文献报道大多集中于描述激光与物质在单一波段的相互作用,对辐射的产生机理还未完全掌握,对完整光谱的研究综述依然比较缺乏。从电磁辐射光谱及其辐射机制的角度,对激光诱导等离子体的辐射特性做出了系统的梳理分类,对国内外相关团队的研究成果进行了总结和分析,特别从不同视角探究了等离子体与光谱辐射之间的物理关系。介绍了激光诱导等离子体各个波段的辐射特点,并讨论了影响辐射的相关因素。最后,对红外波段和太赫兹波段的研究前景进行了展望。     

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.     

激光引发的等离子体光谱法(LIPS):等离子体辐射空间不均匀性的影响

在可见光区域内研究激光引发的等离子体光谱法(LIPS).发现不同靶材产生的等离子体的空间形状和发光颜色不一样,而且不管激光以多大角度入射于靶,产生的等离子体都垂直于靶面向外辐射.不同靶材产生的等离子体谱线分析的最佳位置与待分析元素的原子量有关,放置在最佳位置时可以得到信噪比高的待测元素的辐射谱.此外在混合物靶材引发的等离子体中还发现ArI离子的特征谱线,如在紫铜和镀Zn的Fe中发现578.352m的ArI离子特征谱线,而在黄铜中发现578.155m的ArI离子特征谱线.     

加入头形式和发光特性对激光诱导肿瘤间质热疗的影响

采用热疗过程中组织物性动态变化的光热模型,数值模拟了分别采用漫射光纤加入头和裸光纤加入头时的激光诱导肿瘤间质热疗(LITT)中热损伤体积的变化,并对实际漫射光纤加入头下发光强度不均匀的影响进行了分析。数值计算结果表明,通常情况下漫射光纤加入头产生的热损伤体积远大于裸光纤时的热损伤体积;裸光纤加入头产生的热损伤区域关于光纤端部不是球对称的,漫射光纤加入头产生的热损伤区域近似呈椭球形;漫射光纤产生的热损伤体积对加入头发光强度的非均匀性不太敏感。可见激光光纤加入头形式和发光特性对激光诱导肿瘤间质热疗具有重要的影响。     

脉冲激光烧蚀靶材产生的等离子体初始发展过程的诊断

用基于光偏转的光纤传感器研究了脉冲激光烧蚀铝靶产生的等离子体及冲击波的初始发展过程,实验结果表明,在距靶0．4mm内,冲击波与等离子体薄层未分离,一起离靶高速运动;在0．4mm处,等离子体薄层发生二次电离,电离使等离子体向电离中心的周围膨胀,造成等离子体中心密度低两侧密度高,同时使冲击波与等离子体分离;由于扩散作用,在0．4mm到0．7mm之间,等离子体由中心密度低两侧密度高过渡到中心密度高两侧密度低;0．7mm以后,等离子体传输速度减慢,信号波形展宽,幅度减小直至消失;冲击波与等离子体分离后其传播速度随传输距离而衰减,在8mm处衰减成声波。     

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。     

高能量激光诱导土壤等离子体辐射的空间分布特征

采用高能量钕玻璃激光器(～15J)在高压环境气体中激发诱导土壤等离子体,气体压强为0.9MPa,研究了不同环境气氛(高纯的氩气、氮气和二氧化碳气体)中,土壤等离子体辐射和电子温度的空间分布情况.以Ti的334.941nm和Mn的344.199nm两条谱线作为发射光谱观测线来分析说明等离子体辐射强度的空间分布规律,实验结果表明,在等离子体的轴向距离样品表面约z＝1.5mm位置区域,等离子体辐射强度最大.利用Ti的334.941nm和337.280nm两条谱线测量得到沿等离子体轴向1.0mm 和1.5mm高度区域的电子温度,结果显示,z=1.0mm区域的电子温度较高;在等离子体中心轴线区域的电子温度最高,并沿等离子体的径向单调递减;在不同环境气体中电子温度变化特征有所不同.     

激光等离子体冲击波清洗中的颗粒弹出移除

针对激光等离子体冲击波清洗颗粒技术中的滚动移除机制缺陷,提出一种基于颗粒弹性形变的弹出移除模型。从冲击波与颗粒相互作用出发,考虑冲击波波后气体分子与颗粒的碰撞,结合颗粒弹性储能机制,得到弹出所需要的最小弹性形变高度。根据颗粒弹出所需最低速度和冲击波基本关系式得到满足颗粒弹出要求的冲击波马赫数,结合冲击波波后压强分布特点给出了颗粒弹出所需的外部条件。清洗实验证实了颗粒弹出移除机制的正确性。     

土壤疏松度对激光等离子体的影响分析

利用Nd:YAG脉冲激光器作为光源,在实验室自然大气环境下诱导产生土壤激光等离子体,测量并分析了土壤疏松度对土壤中铅元素激光诱导击穿光谱特性的影响。实验结果表明,随着对土壤施加压力的变大,谱线强度和等离子体温度先随之增加后变化缓慢,谱线强度的相对标准偏差在压力为1400 N时达最小值。采用内标法和背景修正法对土壤疏松度的影响进行了修正,一定程度上减小了土壤疏松度的影响。