高重频激光诱导击穿光谱关键技术研究

《高重频激光诱导击穿光谱关键技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、高重频激光诱导击穿光谱关键技术研究ResearchontheKeyTechnologyofHigh-RepetitionRateLaser-InducedBreakdownSpectroscopy学科专业：光电子与光子学技术作者姓名：冯佳琛指导教师：徐德刚教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月J'于TlrllB汪EfH拿Y苹孳骀驸百明迈秦弘马瞀丫Y苹犁台哥娜畲⊥明勘阜搜I肜勤叨勘准唑=⊥搜形凿留洌勃中1暂U吖泊斟羽脞聪71雏雨矽刂中丫髀肖弓弓业Y勖口挲了钐‘‘静狂刍叨卩k/±肜凿驷勘诤吖弓弓业羿Υ聿:F￥i甘狰酗丫卿Ⅶ阜骣秦叨9冫:I[⒈‘I日≡鱼?了沣型劲田卩叨僻槠

2、雒与—I回勒叨回早柽ˇ搜彤猁蜘UI,明兰鲚聊口髀母丫中°勒腼上;觌f;扌膂妊骀挲垩上脬昙°髀劭丫勤暑羁{:髟黝'一茄::言幸羁日潴∠鸟、乇ζ日:;官劲鎏Ⅻ丫髀马秦田沣Ⅻ斟ˇ秦马丫髀勤孬笞畀上搠~Υ寻甘Ξ￥孑亭i丿斟￥单圉劲田明丫髀玛秦卒酹′°勃滩斟Υ聿￥素担k泊髀玛秦坊丫曜狃唯弓明M钐母Y黟劐斟嫌￥身勘阜聊孚X姘田dJ稽黟d彐狰翕斡耳菖i华罱士斟母△黟泊国豆话U纟凹影图昙髀秦‘′′°￥单髻国凵LJ曜lrxl狰蝌平髀逆葛叨下眢靶叱-+,由°)斟彦iΞ日t丿亭萼玛亏V乍E乓:脊拶母彦riΞ≡苫豇∫:士ˇ聿z薹鎏廴￡号(腼钐秒纩丬琵畀r:牙秦冯丫髀’I:!/丿幸羁日:潴tJ彳鸟1丨吖丿日

3、小日摘要随着激光技术的不断成熟与完善，激光波谱技术已经在许多领域得到了广泛的应用，激光诱导击穿光谱技术（LIBS，Laser-InducedBreakdownSpectroscopy）就是激光波谱技术的一种。本文对基于高重频激光器的LIBS系统进行了深入的研究，同时利用分子动力学算法和EAM嵌入原子势对激光灼烧坑的形貌进行了模拟。具体内容包括：（1）基于分子动力学算法以及EAM嵌入原子势建立了激光沉积过程的物理模型，数值仿真了铅样品激光灼烧坑的分子动力学过程。在模拟中，首先利用热传导方程，计算出激光脉冲作用后样品中粒子的初速度；然后利用EAM嵌入原子势推导出的原子之间相互作用力公式

4、，得出不同时刻粒子的运动状态，详细分析了灼烧坑中粒子喷溅数量和喷溅率随时间的变化情况。（2）搭建了单脉冲激光诱导击穿光谱测量系统。研究了不同能量激光脉冲作用下铅样品的LIBS光谱特性，并对含铅量为0.12%、12.92%、25.05%、99.9%（99.9%为纯铅）的样品进行了定性和定量分析。（3）基于低能量、高重频的二极管泵浦Nd:YAG调Q激光器搭建了激光诱导击穿光谱测量系统。实验研究了激光功率和激光重频对LIBS光谱的影响以及激光重频过高时铅元素等离子体光谱中的缺损现象，实验结果表明高重频LIBS光谱的信号强度与单脉冲LIBS相比提升了近4倍，同时辐射更多的特征谱线（以铅量样

5、品为例，可以获得7条铅元素的特征谱线）；基于峰值提取函数实现了LIBS光谱中特征峰波长与强度的提取识别。关键词：激光诱导击穿光谱，高重复频率激光，等离子体，铅元素，分子动力学模拟，激光灼烧IABSTRACTWiththecontinuousmaturityandperfectionoflasertechnology,laserspectroscopyhasbeenwidelyusedinmanyfields.Laser-InducedBreakdownSpectroscopyisakindofLaserspectraltechnique.Inthispaper,theLIBSsys

6、tembasedonhigh-repetitionratelaserwasstudiedindepth,andthemorphologyoflaserburningpitwassimulatedbymoleculardynamicsalgorithmandEAMembeddedatomicpotential.Specificcontentsinclude:(1)Firstly,thispaperestablishedthephysicalmodelofthelaserdepositionprocessusingthemoleculardynamicsalgorithmandtheE

7、AMembeddedatomicpotential,andsimplifiedtheinitialconditions.Acodeontwo-dimensionsimulationoflasercratermorphologywasmadeandtherelationshipbetweentimeandcratermorphologywasdiscussed.Insimulationprocess,theheattransferequationwasfirstused