高能量激光诱导等离子体辐射特性的研究

摘要

为了将激光诱导等离子体方法应用于痕量测量、薄膜沉积等技术领域，人们进行了大量的有意义的实验研究。在激光痕量检测方面，虽然取得了一定的进展，但目前尚存在诸如谱线强度弱、光谱信背比不高等问题。通过改变环境气氛来提高谱线强度和质量的研究已有一些文献报道，由于激光器种类和输出特性的不同，以及受激发样品性质的差别，使得环境气体对等离子体的影响也不同。
　　本文采用高能量钕玻璃（～25J）激光器、自动扫描多功能组合光栅光谱仪、CCD数据采集处理系统构成激光光谱分析系统。在高气压氩气环境下，利用光谱学方法研究环境气压对激光诱导等离子体的影响，主要内容有：
　　1.金属等离子体：研究了等离子体光谱的谱线强度、线宽、背景及信背比等在高气压Ar气环境下的变化，找到提高谱线质量的优化条件。利用Boltzmann斜率法和双线法分别测量了Al和Cu等离子体的电子温度及电子密度，绘制了其随环境气压的变化曲线。在高气压下对Cu等离子体的电子温度进行了空间分辨的测量，认为高气压影响等离子体的主要机理为约束效应。
　　2.土壤等离子体：以土壤为主要研究对象，发现高气压环境对土壤等离子体的影响更加明显，研究了等离子体的形状、谱线质量、样品熔穴的变化。利用双线法测量了土壤等离子体的电子温度为104K数量级，并随着环境气压的增大而升高。作为实验扩展，对瓷砖、水泥、大理石等非金属样品进行了光谱测量，验证了高气压对增强非金属等离子体的辐射强度具有广泛性。
　　3.定量分析：以国家标准土壤系列为样品，加入内标元素，利用内标法对样品中的Fe和Ti元素进行定量分析，五次测量的相对标准偏差（RSD）分别为4.206％和11.01%，元素含量相对误差分别低于8.4%和23%范围内。结果表明元素含量与谱线相对强度之比有较好的线性关系。

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 主要工作内容

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摘要

Abstract

第2章 基本原理

2.1 激光诱导等离子体的原理与装置

2.1.1 激光等离子体的形成原理与特点

2.1.2 激光诱导等离子体的特性

2.1.3 等离子体谱线的加宽

2.1.4 激光等离子体发射光谱实验装置

2.2 光谱定量分析原理

2.2.1 罗马金-赛伯公式

2.2.2 多项式方法原理

2.2.3 内标法原理

2.2.4 光电直读光谱进行定量分析原理

第3章 实验

3.1 实验装置

3.2 实验材料

3.3 样品处理

3.4 实验条件

第4章 高气压AR 气对激光诱导金属等离子体的影响

4.1 高气压AR气对等离子体发射光谱的影响

4.1.1 发射光谱强度的增强

4.1.2 环境气压与发射光谱的信噪比和半宽度的关系

4.2 电子温度和电子密度随环境气压的变化

4.2.1 Al 等离子体电子温度和电子密度的测量

4.2.2 Cu 等离子体电子温度的空间分布

4.3 高气压对样品熔穴的影响

本章小结

第5章 高气压AR 气对激光诱导土壤等离子体的影响

5.1 高气压AR气对土壤等离子体形状的影响

5.2 土壤等离子体发射光谱强度与环境气压的关系

5.3 样品烧蚀质量的测量

5.4 高气压对等离子体电子温度的影响

5.5 其它非金属样品的研究

本章小结

第6章 激光光谱定量分析

6.1 实验条件的准备

6.2 实验数据的采集和分析

本章小结

第7章 结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢