平面反射镜装置对激光诱导等离子体辐射特性的影响

激光频率对激光诱导等离子体特性的影响赵书瑞;赵志巍;王华丽;卢梦柯【摘要】激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是难熔、难溶物质成分分析的重要方法之一,而实验过程中激光的输出频率、能量、功率密度以及聚焦位置等都明显的影响等离子体的特性,从而影响定量分析的精确度.实验采用土壤标样为分析样品,以Fe、Ti、Sr、Al元素为分析元素,纳秒Nd:YAG激光器为激光光源,通过改变激光输出频率(1~20 Hz),研究了激光输出频率对等离子体的光谱信背比(SNR)、温度、谱线自吸以及信号稳定性的影响.研究结果表明,在其他实验条件不变的情况下,随着激光输出频率的增大等离子体的光谱信背比、等离子体温度都明显升高,自吸现象加重;激光输出频率为1、5、10、20 Hz时Fe I 363.360 nm谱线强度的相对标准偏差(RSD)分别为7.16%、7.89%、14.89%、11.85%,信号的稳定性随激光输出频率的增大呈下降趋势.结果表明重复频率能够影响等离子体的谱线质量,针对不同含量的元素分析,应选择合适的激光输出频率.%Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is one of important methods for the composition analysis of refractory and insoluble materials.The plasma characteristics are greatly affected by the output frequency, energy, power density and focus position of laser in tests, thus influencing the accuracy of quantitative analysis.The certified reference material of soil was used as sample with Fe, Ti, Sr and Al as analysis elements and Nanosecond Nd:YAG laser device as laser light source.The laser output frequency was changed in range of 1-20 Hz, and its effect on spectrum signal-to-noise ratio (SNR), temperature, spectral line self-absorption and signal stability of plasma was investigated.The results indicated that, when other experimentalconditions were fixed, the spectrum signal-to-noise ratio and temperature of plasma obviously increased with the increase of laser output frequency, while the self-absorption effect became aggravated.The relative standard deviation (RSD) of the spectral intensity of Fe I 363.360 nm was 7.16%, 7.89%, 14.89% and 11.85% when the laser output frequency was 1, 5, 10 and 20 Hz, respectively.The stability of signal showed deceasing trend with the increase of laser output frequency.The results showed that the spectral line quality of plasma could be affected by the repetition frequency.The proper laser output frequency should be selected for the analysis of elements with different contents.【期刊名称】《冶金分析》【年(卷),期】2017(037)006【总页数】5页(P9-13)【关键词】激光诱导击穿光谱(LIBS);光谱信背比;等离子体温度;自吸;激光输出频率【作者】赵书瑞;赵志巍;王华丽;卢梦柯【作者单位】保定学院物理与电子工程系,河北保定 071000;保定学院物理与电子工程系,河北保定 071000;保定学院物理与电子工程系,河北保定 071000;保定学院物理与电子工程系,河北保定 071000【正文语种】中文通过激光烧蚀固体样品表面而产生等离子体，采用等离子体发射光谱进行物质成分检测的技术称为激光诱导击穿光谱(LIBS)，它具有样品处理简单、分析速度快、可实现多元素实时测量以及样品近似无损分析等优点[1-2]，在冶金、矿业、环境污染检测等方面[3-7]都具有巨大的应用潜力。

第一章1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件、光显示器件。

光源器件分为相干光源和非相干光源。

相干光源主要包括激光器和非线性光学器件等。

非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。

光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。

光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。

光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。

光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。

光显示器件包括CRT、液晶显示器、等离子显示器、LED显示。

2．谈谈你对光电子技术的理解。

光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。

⒌据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL），LED显示。

第二章：光学基础知识与光场传播规律⒈ 填空题⑴ 光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效应等；光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。

⑵ 两束光相干的条件是频率相同、振动方向相同、相位差恒定；最典型的干涉装置有杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪；两束光相长干涉的条件是(0,1,2,)m m δλ==±±，δ为光程差。

⑶两列同频平面简谐波振幅分别为01E 、02E ，位相差为φ，则其干涉光强为22010201022cos E E E E φ++，两列波干涉相长的条件为2(0,1,2,)m m φπ==±±⑷波长λ的光经过孔径D 的小孔在焦距f 处的衍射爱里斑半径为1.22f D λ。

基于LIPS检测铬铁碳含量时影响因素的分析摘要利用聚焦的强激光束入射物体表面产生激光等离子体，对等离子体中原子和离子发射谱进行元素分析叫做激光诱导等离子体光谱法(Laser-induced plasma spectroscopy)，简称LIPS。

由于LIPS测量方法具有许多优点，如不需对样品进行预处理，快速、无损检测，高灵敏度，可以对固体、液体、气体中的悬浮颗粒等进行实时的现场检测，所以这种方法逐渐成为化学分析的一种重要方法。

影响分析检测的主要因素有激光的能量密度，激光的波长，激光脉冲宽度，样品的物理化学性质，以及周围环境气体的性质和压力等的影响。

关键字激光诱导等离子体光谱法(LIPS) 碳元素含量光谱仪影响因素1引言激光诱导等离子体光谱法（LIPS）是基于高强度的脉冲激光与材料相互作用，产生等离子体，对等离子体辐射的光谱分析，获得被测物质的成分和含量，适用于固体、液体和气体样品。

脉冲激光束（脉宽纳秒量级，单脉冲能量几十毫焦）经透镜聚焦后作用于样品表面，能量密度达到GW/2cm以上，辐照处物质蒸发、气化后形成稠密的等离子体，等离子体一般能持续几十微秒后衰减消失。

激光诱导等离子体光谱法装置简便，样品无需预处理，发射一次脉冲能同时测量多种元素，可以实现快速的在线分析，大大提高生产效率，以及实现有毒、强辐射等恶劣环境下远距离、非接触性探测分析。

LIPS 的应用领域非常广泛，在环境保护，地质矿藏勘探，核燃料分析处理钢铁冶金，考古,海洋等领域都有广泛的应用。

2 LIPS的装置与实验结果2.1 LIPS的典型装置典型的LIP S光谱探测系统主要由激光光源、光束传输系统、分光系统、信号接收系统、时序控制系统和计算机等组成。

系统架构示意图如图1所示。

该系统的工作原理为:脉冲激光器输出的脉冲光束经聚焦透镜聚焦到样品表面，样品被烧蚀、蒸发、激发和离化后在样品表面形成高温、高压、高电子密度的等离子体的火花，辐射出包含原子和离子特征谱线的光谱;将等离子体光谱通过光纤导入到分光系统，分光系统后面的信号接收系统采集信号，将光信号转化成电信号输出;经数据处理电路进行滤波、放大、A/D转换、存储等处理过程，然后送入计算机进一步处理。

激光诱导击穿光谱技术成分面扫描分析与应用陈启蒙;杜敏;郝中骐;邹孝恒;李嘉铭;易荣兴;李祥友;陆永枫;曾晓雁【摘要】LIBS mapping was used to analyze and detect the elemental distribution of iron ore surface with self-developed soft-ware and 532 nm Nd∶YAG laser.Firstly,in order to illustrate the relationship between element content and spectral intensity, the calibration curve was established by scanning the surface of standard sample.Then,a self-made sample was homogeneously divided into three parts that was pressed by three different standard iron ore powders.For the purpose of validating the mapping technology,a two-dimensional concentration distribution profile was generated after scanning the sample surface which was com-pared with surface morphology phase of the sample.Finally,with the resolution of 100 microns,the surface scanning analysis of the natural iron ore within the scope of 14 mm×11 mm was implemented.With this basis,the distribution profile of the ele-ments Ca,Al,Ti and Mn were obtained,and the analysis results were compared with the surface morphology phase of the natu-ral iron ore.The results showed that LIBS mapping technology could be used to achieve the qualitative analysis of component gradient distribution of the heterogeneous sample surface.%为分析和检测铁矿石表面多成分的分布情况,采用532 nm Nd∶YAG脉冲激光,设计面扫描分析方法,结合自行开发的软件,首先对标准样品进行面扫描分析,建立定标曲线,说明元素含量与谱线强度的关系。

平面反射镜原理的应用1. 简介平面反射镜是一种光学元件，利用光在镜面上的反射来实现图像的反转和放大。

它广泛应用于各个领域，包括光学系统、医学成像、激光技术等。

本文将介绍平面反射镜的原理以及其在不同领域中的应用。

2. 平面反射镜原理平面反射镜的原理基于光在镜面上的反射。

当光线垂直射入平面反射镜时，光线在镜面上发生反射，并沿相同的路径返回。

当光线以一定的角度射入时，根据反射定律，光线将发生折射，形成不同的入射角和反射角。

平面反射镜利用这一原理，可以将光线进行反转和放大。

3. 平面反射镜的应用3.1 光学系统3.1.1 光学显微镜光学显微镜是一种常见的光学仪器，用于观察微小物体。

平面反射镜被广泛应用于光学显微镜中，用于反转和放大被观察物体的图像。

通过将物体置于反射镜的焦点处，可以实现将实物的图像放大并反转到观察者的眼睛中。

3.1.2 光学望远镜光学望远镜是一种用于观察远距离物体的仪器。

平面反射镜在望远镜中起到反转和放大图像的作用。

光线经过透镜透射后，被反射镜反转，然后再次通过透镜进入观察者的眼睛，实现对远处物体的观察。

3.2 医学成像3.2.1 平面反射镜在内窥镜中的应用内窥镜是一种用于观察体内腔道的医疗仪器。

平面反射镜常常被用于内窥镜中，用于反转和放大体内腔道的图像。

通过植入内窥镜并使用光源照射，光线被平面反射镜反转并进入观察者的眼睛，实现对体内腔道的观察和诊断。

3.2.2 平面反射镜在激光手术中的应用激光手术是一种常见的治疗方法，平面反射镜在激光手术中扮演着重要的角色。

激光束经过平面反射镜的反射和折射，可以实现对目标组织的准确定位和精确照射，以达到治疗的目的。

3.3 激光技术平面反射镜在激光技术中也有广泛的应用。

3.3.1 平面反射镜在激光测量中的应用激光测量是一种精确测量物体尺寸和位置的方法。

平面反射镜被用于激光测量中，通过反射激光束并测量反射的激光信号，可以实现对物体尺寸和位置的准确测量。

3.3.2 平面反射镜在激光传输中的应用激光传输是激光技术中的关键环节之一。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
离焦量对空气中YAG 激光诱导Cu 等离子体空间特性的
影响
利用Nd: YAG 脉冲激光在空气中烧蚀Cu 靶，产生激光等离子体羽，通过改变离焦量获得相应的等离子体的空间谱;用光谱学方法分析了三种离焦量下空间谱线结构和空间等离子体的电子温度演化规律;并对等离子体光谱的特性和产生机制进行了讨论。

结果表明：离焦量对等离子体的谱线强度、谱线结构、电子温度的空间特性都有影响，特征谱强度最大值出现在空间位置1.0mm 附近，离焦量为-2mm 时电子温度最高。

自1960 年激光诞生以来，它凭借其独特的优势，能够将能量在超短的时间和特定的空间完成与物质的作用，已经在气体、液体、复合材料、金属和半导体等材料表面和内部实现了加工、打孔、光刻、雕刻、表面改性、淬火和打标等形式，为制备各种结构和功能性材料以及在全息模拟、激光武器、激光医疗、生物工程等方面取得新的进展，引起了研究人员的高度关注和研究兴趣。

激光作用到物质表面容易形成高密度等离子体，其形成机制比较复杂，涉及很多动力学过程，直接观测相对困难，而用发射光谱法就可以避免探测的困难，这种方法具有分析时间短、灵敏度高、处理简单、可远程测量等优点，而且对分析样品具有极小的损坏性，又可以用来探测等离子体内部的特征信息，已经在真空镀膜、元素的痕量微区分析、医疗卫生、国家安全、环境监测、文物保护等各个领域得到成功应用。

激光等离子体的光谱特性又与各种测量有关，比如激光的波长、功率、脉宽、能量阈值、靶材、聚焦位置、环境气体、真空度等，而实验环境通常在大气中完成，因此分析在大气中通过改变离焦量研究激光等离子体的特性具有实际意义。

本文采用1064 nm 的YAG 脉冲激光,通过变。