發(fā)布時(shí)間：2020-04-03 10:19

【摘要】：激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)在實(shí)際應(yīng)用中,受限于探測(cè)系統(tǒng)數(shù)值孔徑和光譜儀分辨率,檢測(cè)信號(hào)弱、譜線重疊的問(wèn)題普遍存在。采用合理的方法對(duì)重疊光譜進(jìn)行分離,提升LIBS技術(shù)的探測(cè)靈敏度,有助于提高對(duì)待測(cè)物體定性、定量分析的準(zhǔn)確性。目前,市場(chǎng)上大部分光譜儀器采用限制狹縫寬度的方法來(lái)保證光譜探測(cè)分辨本領(lǐng),但這也降低了儀器所能獲得的光通量,造成了探測(cè)信號(hào)的靈敏度的下降。這一現(xiàn)狀嚴(yán)重影響了LIBS光譜信號(hào)的信噪比及光譜分析的準(zhǔn)確性�？臻g外差光譜技術(shù)是基于Fizeau干涉條紋的傅里葉變換光譜技術(shù),系統(tǒng)的分辨率不受狹縫尺寸的制約,能夠同時(shí)獲得高的光通量以及高的光譜分辨。同時(shí),它還同時(shí)具備任意波段選擇、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成、體積小、功耗低等優(yōu)勢(shì)�？臻g外差光譜儀作為一種高通量、高分辨的干涉光譜技術(shù)具備解決LIBS技術(shù)在實(shí)際探測(cè)過(guò)程中譜線大量譜線重疊干擾的問(wèn)題,并提高光譜信號(hào)的探測(cè)靈敏度。本文以高分辨、高通量、集成化的空間外差光譜探測(cè)技術(shù)為研究目標(biāo),內(nèi)容包括:1.以LIBS高分辨、高通量的檢測(cè)需求為出發(fā)點(diǎn),引入空間外差光譜技術(shù),對(duì)空間外差光譜技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的微型化發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了歸納總結(jié)。2.對(duì)激光誘導(dǎo)擊穿光譜、空間外差光譜的理論機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)的闡述論證,簡(jiǎn)要描述了兩種用于空間外差光譜數(shù)據(jù)處理的方法。3.開(kāi)展基于空間外差光譜儀的高通量、高分辨LIBS檢測(cè)技術(shù)的相關(guān)研究工作,突破了傳統(tǒng)光譜儀器無(wú)法同時(shí)獲得高通量、高光譜分辨的限制,建立了基于空間外差光譜技術(shù)的高分辨LIBS探測(cè)系統(tǒng)及相應(yīng)的系統(tǒng)標(biāo)定及數(shù)據(jù)處理方法。文中以矢量矩陣?yán)碚摓榛A(chǔ),研究分析了空間外差光譜系統(tǒng)中的誤差敏感方向,為實(shí)際的儀器調(diào)試提供了理論指導(dǎo)。4.針對(duì)小型化、便捷化探測(cè)目標(biāo),研制了基于無(wú)線圖像傳輸技術(shù)的微型空間外差光譜系統(tǒng),可以在手機(jī)端實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)光譜數(shù)據(jù)的變化。無(wú)需電腦的接入以及交流電源的供電大幅提升了微型空間外差光譜系統(tǒng)的使用便捷性。
【圖文】：

第１章緒邋論逡逑系中氣體溫度變化的過(guò)程（圖１．２）。除了傳統(tǒng)的基于邁克爾遜干涉結(jié)構(gòu)的空間外逡逑差光譜儀，全反式結(jié)構(gòu)［２５］［２６］的空間外差光譜系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，任意波逡逑段可調(diào)，沒(méi)有分束棱鏡的限制，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比較更適合于應(yīng)用在紫外波段的逡逑深空光譜探測(cè)。１９９１年，加州大學(xué)伯克利分校［２７１的地球空間大氣實(shí)驗(yàn)室將全反逡逑式空間外差光譜結(jié)構(gòu)應(yīng)用于ＥＵＶ？和ＦＵＶ？波段并對(duì)Ｈ－ａ邋１２１．６邋ｎｍ的譜線進(jìn)行檢逡逑測(cè)。２００９年，ＤａｗＳ0ｎ［２８］等設(shè)計(jì)了波長(zhǎng)可調(diào)型全反式空間外差光譜系統(tǒng)，其波長(zhǎng)逡逑覆蓋范圍為３６５－６３０邋ｎｍ，光譜分辨本領(lǐng)為１００００，并通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)金星和木星進(jìn)逡逑行了觀測(cè)。２０１０年，Ｈｏｓｓｅｉｎｉ［２９］等利用該系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)系中高速運(yùn)動(dòng)的小型天體逡逑進(jìn)行探測(cè)。圖１．３為傳統(tǒng)的空間外差光譜與全反式空間外差光譜原理的比較。逡逑Ｓｏｕｒｃｅ逡逑Ｂａｎｄｐａｓｓ邋Ｆｉｌｔｅｒ逡逑（丨：：：：＂二．二－—ａ邐Ｇｒｉｐｅｒ逡逑Ｓｐａｃｅｒ邋ｌ＾ｄＧｒ８ｔｉ？ｌＳ＾逡逑Ｌｅｎｓ邋ａｎｄ邋ｃａｍｅｒａ邐ｊ逡逑＇＼Ｔ邋＇＂＂＂邋７＂＂＂＂ｒｏｕｔｅ邋ａｉｏｎｇ逡逑＼邋！逡逑Ｎｏ＾－ｐｃｌａｒｔｒｗｇ邋ＢＳ邐＾逡逑ＦｉｃＷ邋ＶＶｉｄｃｉＫ＇ｇ邋Ｐｒ．ｓ（ｎ逡逑＿＿＿＿＿邋一——ｒ－邋ｆｉ！、ｄ邋Ｓｐａｃｅｒｓ逡逑Ｇｒａｔｉｎｇ邋２逡逑１１１邋＝邐＼邐＇邋ｙ邋７／邐？？邋＇■邋＋１逡逑ｉｘｘｘｘｙｘｘｘｘｘｉ逡逑圖１．３傳統(tǒng)的空間外差光譜與全反式空間外差光譜原理逡逑近年來(lái)，集成一體化的空間外差光學(xué)系統(tǒng)［２４］［３Ｑｎ３１］［３２］的研制提升了整個(gè)系逡逑統(tǒng)的空間利用度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外

通過(guò)各組間光程差的不同及離散傅里葉變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)超高的光譜分辨。逡逑２０１７年，Ｂａｍｅｔｔ［４Ｑ］等將空間外差光譜系統(tǒng)與ＬＧ公司的手機(jī)攝像頭Ｇ４結(jié)合在逡逑一起，向微小型手機(jī)空間外差光譜技術(shù)發(fā)展。圖１．４為近年來(lái)集成化微型空間外逡逑差光譜技術(shù)的主要研究成果。逡逑由于空間外差光譜系統(tǒng)高通量、高分辨、結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的優(yōu)勢(shì)，逡逑它也逐漸應(yīng)用到其它領(lǐng)域。１９９９年，Ｌｏｓ邋Ａｌａｍｏｓ國(guó)家實(shí)驗(yàn)室搭建ＩＲ１ＳＨＳ［４１Ｈ４２］［４３］逡逑系統(tǒng)，將空間外差光譜技術(shù)與成像光譜技術(shù)相結(jié)合，用于地質(zhì)環(huán)境以及火山噴發(fā)逡逑的監(jiān)測(cè)。２０１１年，由于空間外差光譜系統(tǒng)適用于微弱信號(hào)探測(cè)的特點(diǎn)，Ｇｏｍｅｒｔ４４］ｔ４５］［４６］逡逑等首先將空間外差光譜技術(shù)與拉曼光譜技術(shù)（圖１．５）有效的結(jié)合，，并分別研制逡逑了用于可見(jiàn)光波段以及紫外波段探測(cè)拉曼光譜系統(tǒng)；同年，ＴｏｄｄＮａｔｈａｎｉｄ［４７Ｗ＋逡逑對(duì)航空探測(cè)領(lǐng)域，也展開(kāi)了空間外差拉曼光譜系統(tǒng)的研究。從２０１５年開(kāi)始，南逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH744.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2613245