采用波長為532 nm的單脈沖激光誘導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特性對會聚透鏡焦點到樣品表面距離、ICCD采集延遲等最優(yōu)化實驗參數(shù)的影響.實驗中分別選取銅樣品Cu（I）521.82 nm和鋅樣品Zn（I）481.053 nm譜線作為LIBS信號,實驗測定的透鏡焦點在距樣品表面不同距離處的LIBS信號強度,結果表明銅和鋅樣品的聚焦透鏡焦點分別在樣品表面內距表面的距離為5 mm和5.5 mm時得到光譜信號強度最大;銅和鋅的ICCD探測延時分別為1300 ns和1100 ns時等離子體光譜信號的信噪比最大并具有可觀測的強度,依據(jù)銅和鋅樣品物理化學特性的差異對實驗結果進行了合理的分析與討論,為后續(xù)研究金屬樣品LIBS技術的基底效應、納米結構增強激光誘導擊穿光譜機理提供數(shù)據(jù)參考. 

【文章來源】：原子與分子物理學報. 2020,37(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

實驗裝置圖

將聚焦透鏡焦點置于樣品表面內5 mm處,實驗測定的樣品不同ICCD門延時下的LIBS光譜如圖3顯示.由圖可見,在490-540 nm光譜區(qū)域內除521.82 nm譜線的強度隨延時先增大后慢慢減小外,其余譜線都呈隨延時增大而逐漸減小的趨勢,背景強度呈逐漸減小的趨勢,光譜信號在5 μs延時范圍內都具有可觀測的強度,之后信號較弱,在25 μs以后信號基本消失.實驗測定了延時從0.1-5 μs范圍內變化時LIBS信號強度和噪聲信號強度,噪聲信號強度是通過測定LIBS信號附近背景信號的標準偏差得到,測定結果如圖4所示.由圖4可知延時在0.1-5 μs內,隨著延時的增加LIBS信號強度和噪聲強度不斷減小,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聚透鏡聚焦作用于樣品表面,會聚透鏡焦點到樣品表面的距離不同,導致作用樣品表面的激光功率密度出現(xiàn)較大差異,光譜信號強度和信噪比出現(xiàn)較大差異,因此有必要對該實驗參數(shù)進行優(yōu)化.首先將會聚透鏡焦點置于樣品表面上5 mm處開始測定LIBS信號,通過平移臺實現(xiàn)透鏡焦點至樣品表面間距以1 mm或者0.5 mm的間隔減小直至焦點位于樣品表面內某處,這樣就可以測定不同距離時的LIBS信號和噪聲的強度.實驗中分別選取銅樣品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,實驗測定的透鏡焦點在距樣品表面不同距離出的LIBS信號強度,如圖2(a)、(b)所示.由圖2可看出焦點在表面之外時信號強度較弱,隨著不斷靠近樣品表面,信號強度逐漸增強,這主要因為焦點在樣品表面之外時,空氣的擊穿對能量產(chǎn)生嚴重損耗,且激光作用樣品的焦斑面積較大功率密度較小,導致光譜強度較弱,靠近表面時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,但信號強度最大值并沒有出現(xiàn)在焦點位于樣品表面處(d=0)而是位于樣品表面內某處(d<0),Cu樣品信號最大值是焦點在樣品表面內5 mm處,Zn是在樣品表面內5.5 mm處.這主要因為在等離子體擊穿閾值不變的前提下,焦點位于樣品表面內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,從而增強信號強度.由圖2還可以看出相對于銅樣品,鋅樣品的透鏡焦點最優(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性質密切相關,銅的熔點1083℃要比鋅的熔點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更深;同時銅的密度8.96 g/cm3比鋅7.13 g/cm3要大也導致銅樣品需要更高的激光燒蝕閾值.

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3037736