腔体约束材料对激光诱导击穿Cu等离子体光谱的影响

作     者：孙冉 郝晓剑 杨彦伟 任龙 SUN Ran;HAO Xiao-jian;YANG Yan-wei;REN Long

作者机构：中北大学电子测试技术重点实验室山西太原030051 

基　　金：国家自然科学基金项目(61473267) 山西省回国留学人员科研资助项目(2017-098) 量子光学与光量子器件国家重点实验室开放课题(KF201907) 山西省“1331工程”重点学科建设计划经费资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2020年第40卷第12期

页      码：3801-3805页

摘      要：激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是一种物质成分分析技术,它利用脉冲激光聚焦在样品表面,当激光烧蚀样品时产生等离子体,光谱仪收集等离子体辐射的光谱,计算机进行元素分析。它具有操作简便快速,检测元素全面等优点。传统LIBS存在检测灵敏度低,谱线背景噪声高等缺点,将LIBS技术与腔体约束结合起来可以增强光谱强度,同时信噪比和等离子体温度等一些参数也会有效提高。使用PLA和铝两种材料的圆柱形约束腔固定在黄铜样品表面,直径分别为5和6 mm,高度分别为1, 2, 3, 4和5 mm。利用光谱仪采集了CuⅠ510.55 nm, CuⅠ515.32 nm和CuⅠ521.82 nm三条Cu等离子体谱线,并对其进行了分析研究。实验结果表明相比于未加腔体约束,光谱强度在每种腔体约束下都得到了增强。针对CuⅠ515.32 nm谱线,研究了它在各个约束腔下的增强因子和信噪比。随着圆柱形约束腔高度的增加,增强因子呈现先增大后减小的趋势,在高度为4 mm时达到最大。同一高度、不同直径的约束腔,直径为5 mm时比6 mm时要大。而对于同一高度、同一直径的腔体来说,铝材料腔体约束下都比PLA材料的大。在当前实验条件下,高度4 mm、直径5 mm的铝材料的约束腔增强效果最明显,增强因子达到最大值28.29。信噪比与增强因子变化趋势一致,也在高度4 mm、直径5 mm的铝材料的约束腔下达到最大值44.03,是没有腔体约束时的13.89倍。此外,计算了等离子体温度, PLA材料的约束腔对等离子体温度影响较小,而在铝约束腔下等离子体温度增加明显, 5μs时在与没有约束腔时相差达到最大值467.35 K。腔体约束装置简单,与LIBS系统组合方便,并且增强光谱效果明显,具有广阔的应用前景。本文研究了LIBS系统结合不同材料的腔体约束对激光诱导击穿Cu等离子体光谱的影响,对腔体材料的选取有一定的参考价值。

主 题 词：激光诱导击穿光谱 腔体约束 腔体材料 信噪比 等离子体温度 

学科分类：07[理学] 0804[工学-材料学] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2020)12-3801-05

馆 藏 号：203992835...