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高能量激光诱导等离子体辐射特性的研究

作　者: 史金超
导　师: 陈金忠
学　校: 河北大学
专　业: 光学
关键词: 激光诱导等离子体高气压谱线强度电子温度电子密度
分类号: O536
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

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。

全文目录

第1章绪论  8-11
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 主要工作内容  10-11
第2章基本原理  11-20
  2.1 激光诱导等离子体的原理与装置  11-16
    2.1.1 激光等离子体的形成原理与特点  11
    2.1.2 激光诱导等离子体的特性  11-15
    2.1.3 等离子体谱线的加宽  15-16
    2.1.4 激光等离子体发射光谱实验装置  16
  2.2 光谱定量分析原理  16-20
    2.2.1 罗马金-赛伯公式  16-17
    2.2.2 多项式方法原理  17-18
    2.2.3 内标法原理  18-19
    2.2.4 光电直读光谱进行定量分析原理  19-20
第3章实验  20-23
  3.1 实验装置  20-21
  3.2 实验材料  21
  3.3 样品处理  21-22
  3.4 实验条件  22-23
第4章高气压AR 气对激光诱导金属等离子体的影响  23-32
  4.1 高气压AR气对等离子体发射光谱的影响  23-26
    4.1.1 发射光谱强度的增强  23-25
    4.1.2 环境气压与发射光谱的信噪比和半宽度的关系  25-26
  4.2 电子温度和电子密度随环境气压的变化  26-30
    4.2.1 Al 等离子体电子温度和电子密度的测量  27-28
    4.2.2 Cu 等离子体电子温度的空间分布  28-30
  4.3 高气压对样品熔穴的影响  30
  本章小结  30-32
第5章高气压AR 气对激光诱导土壤等离子体的影响  32-39
  5.1 高气压AR气对土壤等离子体形状的影响  32-33
  5.2 土壤等离子体发射光谱强度与环境气压的关系  33-34
  5.3 样品烧蚀质量的测量  34-35
  5.4 高气压对等离子体电子温度的影响  35-37
  5.5 其它非金属样品的研究  37-38
  本章小结  38-39
第6章激光光谱定量分析  39-44
  6.1 实验条件的准备  39-40
  6.2 实验数据的采集和分析  40-43
  本章小结  43-44
第7章结论与展望  44-46
参考文献  46-49
攻读硕士期间发表的学术论文  49-50
致谢  50

高能量激光诱导等离子体辐射特性的研究

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