基于远场光学的高分辨率激光探针仪研究

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1、分类号学号M201172976学校代码10487密级硕士学位论文基于远场光学的高分辨率激光探针仪研究学位申请人：郑重学科专业：物理电子学胡乾午副教授指导老师：李祥友教授答辩日期：2014.01.22万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyofHigh-resolutionLIBSSystembasedonFar-fieldOpticsCandidate:ZhengZhongMajor:P

2、hysicalElectronicsAssoc.Prof.HuQianwuSupervisor:Prof.LiXiangyouHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的

3、法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要激光探针技术（Laser

4、-inducedBreakdownSpectroscopy，简称LIBS）是一种重要的成分检测手段。当前，激光探针仪因受到光学衍射极限的限制，和现有的电子探针、能谱分析等技术相比，其分辨率往往较低。为了进一步提高激光探针技术的分辨率，本论文基于远场光学技术对激光探针仪的光学系统进行改进和设计，内容涵盖激光同轴聚焦、同轴监测与照明、同轴指示与光谱采集等关键技术，实现了基于远场光学的高分辨率激光探针仪的研制。其主要研究成果如下：系统研究了基于远场光学的激光探针仪的极限分辨率。采用数值孔径为0.4的反射式聚焦物镜对波长为532nm的脉冲激光

5、束进行聚焦，在合适能量条件下，烧蚀Al和Fe纯样表面获得的极限分辨率分别为2.26μm和1.87μm，在此极限分辨率下利用同轴光谱采集系统分别能够采集到3倍于背景噪声强度的Al和Fe元素的光谱信号。设计并实现了带同轴照明的同轴监测系统。该系统能够对样品表面286215μm2的矩形区域进行成像，其视场放大率达24.7倍。结果表明，采用同轴照明系统能够有效提高摄取图像的锐度和清晰度，获得的图像分辨率不低于228lines/mm（单位：线对每毫米）。发明了一种带指示光的同轴光谱采集系统。通过该系统能够将同轴光谱采集器与等离子体的对准误差控

6、制在10μm以内。通过采用带X-Y轴扫描的同轴光谱采集系统，在同轴监测系统的监测区域内，实现了对等离子体表面63个点（79的点阵列）进行精确光谱采集，从而获得了等离子体中原子光谱强度的空间分辨图像。最后，提出了高分辨率的远场光学激光探针仪的整体设计方案，通过SolidWorks软件完成了一整套激光探针光学系统与光机结构的设计。该激光探针仪将分辨率降低到3μm以下，并能够实现同轴监测与同轴光谱采集，以及能够实现对等离子体的微区光谱进行精确采集，上述成果有可能对激光探针技术的工业化应用起到一定的推动作用。关键词：激光探针远场光学探针极限

7、分辨率同轴监测同轴光谱采集I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractLaserprobe,namelylaser-inducedbreakdownspectroscopy(LIBS),isavitalmethodofelementsdetection.Currently,itslowresolution,whichislimitedbyopticaldiffractionlimit,makeslaserprobehavenoadvantagesincomparisonwiththeelectronprobeorenergysp

8、ectrumanalyzer.Inordertofurtherimprovetheresolution,thelaserprobeopticalsystembasedonfar-fieldopticaltechnolog