采用波長為532 nm的單脈沖激光誘導(dǎo)兩種金屬樣品銅和鋅,產(chǎn)生等離子光譜,固定激光能量40 mJ、門寬100 ns、光譜儀入射狹縫0.1 mm、ICCD增益100等參數(shù),研究金屬樣品物理化學(xué)特性對會(huì)聚透鏡焦點(diǎn)到樣品表面距離、ICCD采集延遲等最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)的影響.實(shí)驗(yàn)中分別選取銅樣品Cu（I）521.82 nm和鋅樣品Zn（I）481.053 nm譜線作為LIBS信號,實(shí)驗(yàn)測定的透鏡焦點(diǎn)在距樣品表面不同距離處的LIBS信號強(qiáng)度,結(jié)果表明銅和鋅樣品的聚焦透鏡焦點(diǎn)分別在樣品表面內(nèi)距表面的距離為5 mm和5.5 mm時(shí)得到光譜信號強(qiáng)度最大;銅和鋅的ICCD探測延時(shí)分別為1300 ns和1100 ns時(shí)等離子體光譜信號的信噪比最大并具有可觀測的強(qiáng)度,依據(jù)銅和鋅樣品物理化學(xué)特性的差異對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了合理的分析與討論,為后續(xù)研究金屬樣品LIBS技術(shù)的基底效應(yīng)、納米結(jié)構(gòu)增強(qiáng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜機(jī)理提供數(shù)據(jù)參考. 

【文章來源】：原子與分子物理學(xué)報(bào). 2020,37(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)裝置圖

將聚焦透鏡焦點(diǎn)置于樣品表面內(nèi)5 mm處,實(shí)驗(yàn)測定的樣品不同ICCD門延時(shí)下的LIBS光譜如圖3顯示.由圖可見,在490-540 nm光譜區(qū)域內(nèi)除521.82 nm譜線的強(qiáng)度隨延時(shí)先增大后慢慢減小外,其余譜線都呈隨延時(shí)增大而逐漸減小的趨勢,背景強(qiáng)度呈逐漸減小的趨勢,光譜信號在5 μs延時(shí)范圍內(nèi)都具有可觀測的強(qiáng)度,之后信號較弱,在25 μs以后信號基本消失.實(shí)驗(yàn)測定了延時(shí)從0.1-5 μs范圍內(nèi)變化時(shí)LIBS信號強(qiáng)度和噪聲信號強(qiáng)度,噪聲信號強(qiáng)度是通過測定LIBS信號附近背景信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差得到,測定結(jié)果如圖4所示.由圖4可知延時(shí)在0.1-5 μs內(nèi),隨著延時(shí)的增加LIBS信號強(qiáng)度和噪聲強(qiáng)度不斷減小,信噪比呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,最大值為1300 ns.

高功率脈沖激光束通過會(huì)聚透鏡聚焦作用于樣品表面,會(huì)聚透鏡焦點(diǎn)到樣品表面的距離不同,導(dǎo)致作用樣品表面的激光功率密度出現(xiàn)較大差異,光譜信號強(qiáng)度和信噪比出現(xiàn)較大差異,因此有必要對該實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化.首先將會(huì)聚透鏡焦點(diǎn)置于樣品表面上5 mm處開始測定LIBS信號,通過平移臺(tái)實(shí)現(xiàn)透鏡焦點(diǎn)至樣品表面間距以1 mm或者0.5 mm的間隔減小直至焦點(diǎn)位于樣品表面內(nèi)某處,這樣就可以測定不同距離時(shí)的LIBS信號和噪聲的強(qiáng)度.實(shí)驗(yàn)中分別選取銅樣品Cu(I)521.82 nm和鋅樣品Zn(I)481.053 nm譜線作為優(yōu)化的LIBS信號,實(shí)驗(yàn)測定的透鏡焦點(diǎn)在距樣品表面不同距離出的LIBS信號強(qiáng)度,如圖2(a)、(b)所示.由圖2可看出焦點(diǎn)在表面之外時(shí)信號強(qiáng)度較弱,隨著不斷靠近樣品表面,信號強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),這主要因?yàn)榻裹c(diǎn)在樣品表面之外時(shí),空氣的擊穿對能量產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p耗,且激光作用樣品的焦斑面積較大功率密度較小,導(dǎo)致光譜強(qiáng)度較弱,靠近表面時(shí)激光焦斑面積逐漸變小且功率密度逐漸變大,故信號逐漸增強(qiáng),但信號強(qiáng)度最大值并沒有出現(xiàn)在焦點(diǎn)位于樣品表面處(d=0)而是位于樣品表面內(nèi)某處(d<0),Cu樣品信號最大值是焦點(diǎn)在樣品表面內(nèi)5 mm處,Zn是在樣品表面內(nèi)5.5 mm處.這主要因?yàn)樵诘入x子體擊穿閾值不變的前提下,焦點(diǎn)位于樣品表面內(nèi)某處能獲得最多的燒蝕量,形成的激光等離子體中包含更多的樣品成分,從而增強(qiáng)信號強(qiáng)度.由圖2還可以看出相對于銅樣品,鋅樣品的透鏡焦點(diǎn)最優(yōu)位置位于樣品表面更深處,這可能與金屬樣品的物理化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān),銅的熔點(diǎn)1083℃要比鋅的熔點(diǎn)419℃高,銅的激光燒蝕閾值要明顯高于鋅,因此在相同的脈沖激光能量下,Zn樣品的激光燒蝕深度應(yīng)更深;同時(shí)銅的密度8.96 g/cm3比鋅7.13 g/cm3要大也導(dǎo)致銅樣品需要更高的激光燒蝕閾值.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3037736