基于微晶片激光的诱导击穿光谱系统设计与研究

摘要

LIBS(Laser-InducedBreakdownSpectroscopy)，即激光诱导击穿光谱技术，是把激光作为激发光源，通过激光与物质的某种相互作用，产生特种类型的光谱辐射，通过分析这些光谱特征实现物质分析目的的一种技术。
　　 本文采用高功率，小体积的微晶片激光器，设计并实现了便携式激光诱导击穿光谱(LIBS)检测系统。此系统适用于金属物质的快速检测，系统对样本制作的要求简单而环保，具有广泛的实用价值和经济效益，有广阔的市场前景。
　　 本文首先阐述了国内外LIBS研究的历史和现状，详细说明了等离子体的产生以及LIBS进行物质检测的原理，并且对其优点和缺点进行了对比。接着对于LIBS检测的影响因素进行分析，从而构建整个LIBS检测系统。该LIBS系统采用高峰值功率，高重复频率，Q-开关微晶片激光器作为激发光源，由激光器驱动模块、微晶片激光模块、样品和光谱分析模块及显示处理模块四部分组成。光源驱动控制模块给激光源提供稳定的温度和电源;荧光光谱检测模块采用CCD为探测器;数据分析处理模块对测量的LIBS谱图进行预处理和分析。
　　 接着，本文用所设计的LIBS系统对多种金属进行了测试和分析实验，验证了此系统的实用性。然后，本文对传统LIBS检测光谱的分析进行了阐述和分析，总结其不足，提出了基于LIBS部分谱线匹配的元素分析、识别算法，进一步优化了该LIBS系统的数据处理模块。并通过实验验证了此算法的实用性和优越性。接下来，本文针对基于LIBS部分谱线匹配的元素分析、识别算法，进行了相应光谱数据库的建立。最后本文进行了总结，并提出了进一步的研究方向和研究重点。

目录

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 历史和现状

1.3 LIBS技术的优点和缺点

1.3.1 LIBS技术的优点

1.3.2 LIBS技术的缺点

1.4 本文研究内容

1.5 论文的组织结构

第2章 LIBS技术的基本原理及影响因素

2.1 激光诱导离解技术的基本原理

2.1.1 等离子体的产生原理

2.1.2 气体电离理论模型之—多光子吸收电离

2.1.3 LIBS物质检测的原理

2.2 影响LIBS光谱的因素

2.2.1 激光波长

2.2.2 透镜到样品表面距离

2.2.3 延迟时间

2.2.4 脉宽

2.3 本章小结

第3章 基于微晶片激光的小型LIBS系统设计

3.1 基于微晶片激光的小型LIBS系统设计

3.2 Q-开关微晶片固体激光器原理

3.3 激光器设计

3.3.1 简介

3.3.2 泵浦源

3.3.3 谐振腔

3.3.4 倍频与和频晶体的选择

3.3.5 激光器设计的考虑因素

3.4 光源驱动控制模块原理与设计

3.5 光谱模块原理与设计

3.6 实验及分析

3.6.1 对金属样品的实验及结果分析

3.6.2 结果分析

3.6.3 部分金属实验的光谱图像

3.7 本章小结

第4章 基于部分谱线匹配的元素识别方法

4.1 光谱预处理

4.2 传统的寻峰法元素识别

4.2.1 谱线自动寻峰

4.2.2 谱线的标定

4.3 基于部分谱线匹配的LIBS元素识别

4.3.1 基于部分谱线匹配的物质识别原理

4.3.2 基于部分谱线匹配的物质识别具体实现

4.3.3 实验仿真结果和分析

4.4 光谱数据库的简历和软件实现

4.4.1 光谱数据库的建立

4.4.2 数据库查询界面和实现

4.4.3 数据库的改进

4.5 LIBS技术的定量化原理

4.6 本章小结

第5章 总结与期望

参考文献

作者在研究生期间参与项目及发表论文

致谢