激光诱导铜产生等离子体羽辉的颜色特性

为了研究等离子体羽的辐射特性,建立了激光诱导辐射模型。通过时空分辨光谱测量技术,测定了激光烧蚀铜诱导产生等离子体羽辉在氧气环境下的发射光谱及其发射强度随时间与空间的分布;利用快速照相法,拍摄了等离子体羽的照片。结果表明:等离子体羽光谱主要由Cu的原子谱线、一价离子谱线组成;其不同区域的颜色不同,且随环境气压而变化。认为等离子体羽的不同区域诱导发光机理不同,中心区域以连续辐射为主;中间区域以原子谱线和一价离子谱线为主;外围区域以原子谱线为主。连续辐射主要来自近靶处高能电子运动而产生的韧致辐射以及电子和一价离子的复合;一价离子谱线主要来自近靶处高能电子与一价离子碰撞传能;原子谱线主要来自电子与原子的碰撞传能以及近靶处电子与一价离子的复合。     

纳米金改善激光诱导等离子体探测方法研究

针对提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)中等离子体的发射光谱强度的问题,提出一种在铜样品表面沉积金纳米颗粒的方法。在样品表面沉积纳米金颗粒后对铜进行激光诱导击穿(NELIBS),得到NELIBS和LIBS下的发射光谱强度增强因子、信噪比等参数。实验表明,通过在铜样品表面沉积金纳米颗粒的LIBS(NELIBS)可以有效增强等离子体辐射光谱信号强度,铜元素谱线增强因子最高可达8.01,微量元素镁元素谱线增强因子最高为6.01,且增强因子均随激光能量的增加而逐渐减小并趋于稳定;NELIBS可以明显改善信噪比,铜元素在激光脉冲能量为80 mJ时达到最优,镁元素在激光能量为50 mJ时达到最优。对谱线Cu I 521.8 nm和Mg II 279.569 nm进行洛伦兹拟合,并得到半高全宽,发现纳米金颗粒使谱线半高全宽增加,谱线Mg II 279.569 nm的半高全宽增加了165.58%,谱线Cu I 521.8 nm的半高全宽增加了30%。样品中的微量元素因谱线强度低、信噪比差而无法探测到,通过此方法可以有效提高探测能力。     

激光诱导击穿光谱技术在光谱数据的增强和定量分析上的基础研究

激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)是一种通过脉冲激光聚焦样品产生等离子体,对等离子体发射光谱进行分析进而得到物质成分和含量的一种原子发射光谱技术。LIBS由于其成本低、适用范围广、样品无需复杂的预处理、检测速度快且可实现原位检测等特点成为了元素分析的一大热门,在工业、环境保护、生物医学、珍贵物品鉴定、军事等领域都有着很好的应用前景。但在分析元素种类与含量时,对光谱结果的分析常会受到基体效应、自吸收效应、等离子体屏蔽效应等因素的影响,使得提高LIBS技术的精确度成为了一大议题。本文基于LIBS的简介和基本原理和技术优点,详细分析了LIBS现阶段存在的问题及光谱增强的途径,并综述了定量分析的指标和方法,为LIBS更精确的检测提供了更多途径。     

长度标准器超声清洗参数设计研究

针对提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)中等离子体的发射光谱强度的问题,提出一种在铜样品表面沉积金纳米颗粒的方法。在样品表面沉积纳米金颗粒后对铜进行激光诱导击穿(NELIBS),得到NELIBS和LIBS下的发射光谱强度增强因子、信噪比等参数。实验表明,通过在铜样品表面沉积金纳米颗粒的LIBS(NELIBS)可以有效增强等离子体辐射光谱信号强度,铜元素谱线增强因子最高可达8.01,微量元素镁元素谱线增强因子最高为6.01,且增强因子均随激光能量的增加而逐渐减小并趋于稳定;NELIBS可以明显改善信噪比,铜元素在激光脉冲能量为80 mJ时达到最优,镁元素在激光能量为50 mJ时达到最优。对谱线Cu I 521.8 nm和Mg II 279.569 nm进行洛伦兹拟合,并得到半高全宽,发现纳米金颗粒使谱线半高全宽增加,谱线Mg II 279.569 nm的半高全宽增加了165.58%,谱线Cu I 521.8 nm的半高全宽增加了30%。样品中的微量元素因谱线强度低、信噪比差而无法探测到,通过此方法可以有效提高探测能力。     

飞秒细丝-纳秒激光诱导击穿光谱技术对土壤重金属Pb元素检测

采用飞秒激光成丝-纳秒脉冲激光诱导击穿光谱技术(Filament-ns DP-LIBS)对土壤中重金属铅元素进行了定量分析。利用飞秒激光等离子体丝烧蚀含铅土壤样品,向外喷射低密度的土壤粒子源,经脉冲间隔Δt后,纳秒脉冲激光再烧蚀低密度土壤粒子,实现等离子体发射光谱强度增强,谱线宽度压缩,降低土壤中重金属铅元素的最小检测限。实验结果表明,相比飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱技术(FIBS),在飞秒-纳秒脉冲间隔Δt=10μs条件时,PbI405.78nm光谱增强因子为9.66,谱线宽度从3.66×10~(-10)m压缩至2.74×10~(-10)m,提高了LIBS光谱分辨率。FIBS和Filament-ns DP-LIBS条件下定标曲线的线性相关系数R~2分别为0.982和0.994。FIBS条件下的RSD和LOD值分别为7.37%和65.86mg/kg,Filament-ns DP-LIBS条件下的RSD和LOD值分别为3.27%和24.39mg/kg。研究结果表明,Filamentns DP-LIBS技术可以降低土壤重金属的最小检测限,提高LIBS的检测灵敏度。     

大功率激光焊接光致等离子体的光谱分析

大功率激光焊接过程中,光致等离子体的粒子密度及温度对入射激光能量的传输效率及焊缝的熔深都有很大影响。采用光谱诊断、分析方法,利用谱线相对强度法对激光光致等离子体的温度及电子密度进行了测量与计算,给出了实验条件下光致等离子体电子密度与激光焊接能量及焊接熔深的量化关系。     

碳室约束对激光等离子体辐射的增强效应

以土壤样品为靶,提出利用小型碳室对高能量激光诱导等离子体进行空间限制来提高等离子体发射光谱质量.采用高能量脉冲激光烧蚀土壤样品,利用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,研究了激光诱导等离子体在有或无碳室约束条件下辐射强度的变化;通过光谱学测量方法求得电子温度和电子密度,用以解释等离子体辐射增强的机理.实验结果显示,当利用小型碳室约束激光等离子体时,土壤样品元素Mn,K,Fe和Ti的光谱线强度比无碳室约束时分别提高了90.77％,101.71％,104.27％和60.77％;光谱信噪比分别提高了54.29％,55.30％,59.37％和38.80％;等离子体的电子温度和电子密度分别提高了1684 K和1.8×1016 cm-3.得到的结果表明,利用空间约束方法能够有效地提高激光诱导等离子体的发射光谱强度和信噪比,为利用激光诱导击穿光谱技术检测物质中低含量成分奠定了基础.     

A304不锈钢薄板激光焊接的光谱分析

为了进一步分析不同焊接参数对A304不锈钢薄板激光焊接效果的影响,该文在不同的焊接参数和激光输出方式下,采用AvaSpec-2048型光纤光谱仪对A304不锈钢薄板激光焊接的电弧进行了光谱分析。研究结果表明,激光功率、焊接速度和激光输出方式对激发出特征谱线的元素的种类和激光等离子体中元素的含量有一定的影响。     

CO2激光深熔焊接光致等离子体吸收及其控制

研究高功率密度ＣＯ２激光焊接过程中光致等离子体对入射激光的吸收以及侧吹辅助气体对等离子体控制的影响。彩和准基模ＣＯ２激光束在１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢表面进行扫描焊缝,通过光谱检测装置检测等离子体辐射谱线强度。从而计算等离子体对激光的吸收系数;采和侧吹喷嘴分别通ＣＯ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ４种气体压缩等离子体。研究结果表明,光致等离子体对入射激光能量的吸收损失高达２０％;随着侧吹辅助气体流量的增加,焊     

激光诱导等离子体光谱直接探测气溶胶中的锶元素

气溶胶中锶元素的监测对于大气污染防治和工业设施排放监控具有重要意义。激光诱导等离子体光谱技术具有无需采样预处理、可原位快速检测等优势，在环境介质成分直接在线监测方面具有极大的应用潜力。介绍了基于实验室搭建的LIPS装置开展的气溶胶中锶元素的直接探测工作。利用整体平均法对气溶胶等离子体进行光谱分析，结果显示实验装置对锶元素的检测限为809μg/m3。对于低密度气溶胶光谱，条件分析法可以将平均光谱的信噪比提升8倍。基于实验结果讨论了含锶气溶胶统计学特性和数据分析方法的影响。气溶胶中颗粒物的密度对等离子体温度的影响极小，光谱强度变化直接反应了激光激发气溶胶颗粒物的数量。通过对条件分析法使用范围的讨论，提出在测量周期内利用累计光谱取代平均光谱，可将系统的灵敏度提升近3个数量级。实验装置的检测限达到1.3μg/m3，初步满足工业排放监测的需求。     

基于光谱分析的激光焊接缺陷表征方法

通过采集激光焊接过程的光谱信息,根据波长强度图分析不同光谱区内元素含量及其辐射强度,该文研究了不同元素在不同的光谱区内对激光焊接质量的表征,分析了光谱信息与焊接质量的关系,为根据元素在不同光谱区种类和含量的变化判断焊接质量提供依据。     

激光诱导等离子体光谱仪实验装置的构建

激光诱导等离子体光谱仪是一种具有实时在线、非接触、多元素同时探测等优点的分析仪器。它无需制备样品,是钢铁冶炼中在线元素快速检测的仪器之一。本文将线阵CCD放置于罗兰圆上,搭建了一台紫外波段的激光诱导等离子体光谱仪实验装置,光谱分辨率达0.1nm,覆盖的光谱波段为235～260nm,主要用于检测钢铁材料中的C元素。实验结果表明,该系统的搭建是成功的。     

激光诱导击穿光谱信号增强技术研究进展

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种具有诸多独特优势的物质成分分析技术,但该技术灵敏度低,限制了其在痕量元素定量分析方面的应用.提高LIBS的信号强度,改善其检测灵敏度,有利于拓宽该技术的应用领域.基于国内外学者对LIBS信号增强技术的研究,简述并...     

“激光原位分析新方法及装置的研究”项目通过验收

日前，由钢铁研究总院承担的“激光原位分析新方法及装置的研究”项目在北京通过了专家验收。 项目组在研究了激光诱导击穿等离子体的形成机理、不同材料的激光等离子体光谱定量数学模型、材料各元素成分均匀度和偏析度定量分析方法等的基础上，初步建立了激光原位统计分布分析新方法，     

椭圆型晶体谱仪谱测量的解谱

描述了椭圆型晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统(EBCS-XCCD),研究了CCD相机记录信号的解谱处理方法,推出了对实测原始谱曲线辨认或标识值的计算公式及激光等离子体辐射X射线在某一波长光谱强度的公式,使之应用在激光打靶产生的等离子体源辐射X射线谱的回推,辨认出了激光等离子体X射线源能谱,并与文献[1]的结果进行了比较,结果基本一致.测试结果证实了解谱方法的可行性,表明X射线CCD相机适用于椭圆型晶体谱仪的光谱测量记录.在已知晶体的积分反射率、滤片透射率和CCD探测效率的条件下,可以获得X射线源光谱强度,为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓和进一步细化X射线激光研究奠定了基础.     

飞秒激光正交线扫描诱导表面微纳结构

通过控制激光偏振与扫描方向,利用飞秒脉冲激光正交线扫描的微加工方式,在硅和不锈钢表面诱导出了规则分布的复合表面微纳结构并分析了激光能量密度对微纳表面结构形成的影响。实验显示:当激光的能量密度接近材料烧蚀阈值时,在硅表面诱导出了周期条纹嵌套纳米孔的双层复合二维结构,在不锈钢表面则诱导出了依赖于激光偏振方向的纳米点阵列分布,分析认为纳米点阵列是由周期条纹结构边缘发生断裂而生成的。另外,当激光的能量密度大于材料烧蚀阈值时,在硅和不锈钢表面会烧蚀出规则分布的微米级孔洞结构。实验结果表明:第一次扫描诱导出的表面微纳结构增加了对入射激光的吸收,促进入射激光与表面等离子体波的耦合,加强了后扫描的烧蚀效果,使得后扫描诱导出的微纳结构占主导。文中提出的正交线扫描的加工方式为微纳表面结构的制备提供了新的思路。     

激光等离子体X射线特征谱轮廓诊断

开展了利用X射线特征谱轮廓诊断激光等离子体状态参数的研究。在"神光II"激光装置上,将0.35μm频谱激光束聚焦于真空室内固体氯(Cl)元素靶上产生激光氯等离子体,利用高分辨X射线椭圆弯晶谱仪获取高能谱分辨激光氯等离子体辐射的X射线精细结构能谱。用类氢(1s-3p)和类氦(1s2-1s3p)氯离子能级跃迁光谱线的光强度比率计算了激光等离子体的电子温度;然后在假定光性为薄的情况下,利用X射线谱线Lyman-线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽测量了等离子体的电子密度。实验获得的激光等离子体日冕区内体平均电子温度约为450eV,电子密度约为7.5×1022 cm-3。文中还简单分析了能谱线的半高全宽度(FWHM)值以及诊断过程引入的诊断误差,初步预估诊断误差可控制在25%以内。该项工作为X射线特征谱轮廓法进一步应用于激光聚变靶丸压缩度精度测量等工作提供了参考。     

CO_2激光深熔焊接光致等离子体吸收及其控制

研究高功率密度 CO2 激光焊接过程中光致等离子体对入射激光的吸收以及侧吹辅助气体对等离子体控制的影响。采用准基模 CO2 激光束在 1 Cr1 8Ni9Ti不锈钢表面进行扫描焊缝 ,通过光谱检测装置检测等离子体辐射谱线强度 ,从而计算等离子体对激光的吸收系数 ;采用侧吹喷嘴分别通CO2 、N2 、Ar、He4种气体压缩等离子体。研究结果表明 ,光致等离子体对入射激光能量的吸收损失高达 2 0 % ;随着侧吹辅助气体流量的增加 ,焊缝呈现3个区间 :当气体压力低于金属蒸汽压力时 ,焊缝为“酒杯”状 ,深宽比很小 ;当辅助气体操作压力稍高于金属蒸汽压力 ,等离子体可被有效控制从而获得最佳焊缝。     

氩气Z箍缩内爆等离子体温度诊断研究

为了诊断Z箍缩等离子体电子温度,研究了氩的双电子伴线与类氦共振线的强度比和等离子体电子温度的关系。利用椭圆弯曲晶体谱仪在“阳”加速器上探测X射线光谱,采用X射线胶片接收信号。谱仪获取了氩的类氦谱线及类锂伴线,计算了伴线k与共振线w的强度比以及伴线j与禁戒谱线z之和与共振线强度比,利用伴线与共振线强度比值和等离子体电子温度的关系诊断出电子温度为960～1060keV,实验结果证明谱线强度比值法是一种探测电子温度很有效的诊断方法。     

四苯基卟啉的激光等离子体质谱研究

在自制的仪器上记录了四苯基卟啉的激光等离子体质谱。在正离子质谱中不仅出现了准分子离子峰(M H)~ ,而且出现了单、双、三吡咯碎片峰,这些谱峰间每相差一个非氢原子的碎片离子的谱峰也都能观察到。各负离子则是由碎片离子和自由基进一步离子—分子反应后生成的簇团离子,具有明显结构规律。研究结果显示激光等离子体质谱不仅是一种有效的结构分析手段,还能产生与研究各种簇团离子。