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高重频声光门控自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术分析研究
1
作者
陈斐
王树青
+13 位作者
程年恺
张婉飞
张岩
梁佳慧
张雷
王钢
马晓飞
刘珍荣
罗学彬
叶泽甫
朱竹军
尹王保
肖连团
贾锁堂
《中国光学（中英文）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期253-262,共10页
为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced bre...
为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy,SAF-LIBS)的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术,使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度,并将声光调制器(acousto-optic modulator,AOM)作为门控开关,从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器(intensified charge coupled device,ICCD)和中阶梯型光栅光谱仪,实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积,降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后,对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明,等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1~50 kHz激光重复频率范围内,Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱,确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下,Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小,在45°处信噪比最高,且在一定的积分时间下,最佳光学薄时间t_(ot)为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下,对Al元素进行定量分析和预测结果表明,Al元素定标曲线的线性度R2为0.982,平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽,同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点,有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。
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关键词
激光诱导击穿光谱
自吸收免疫
光学薄
高重频激光器
声光门控
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职称材料
题名
高重频声光门控自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术分析研究
1
作者
陈斐
王树青
程年恺
张婉飞
张岩
梁佳慧
张雷
王钢
马晓飞
刘珍荣
罗学彬
叶泽甫
朱竹军
尹王保
肖连团
贾锁堂
机构
山西大学激光光谱
研究
所量子光学与光量子器件国家重点实验室
山西大学极端光学协同创新
中
心
中石油化工股份有限公司石油化工科学研究院
中
国兵器
科学研究院
山西新华防化装备
研究院
有限公司
西安工业大学光电工程学院
山西格盟
中
美清洁能源研发
中
心
有限公司
出处
《中国光学（中英文）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期253-262,共10页
基金
国家重点研发计划(No.2017YFA0304203)
长江学者和创新团队发展计划(No.IRT_17R70)
+3 种基金
国家自然科学基金(No.61975103,No.61875108,No.61775125,No.11434007)
山西省科技重大专项(No.201804D131036)
111计划(No.D18001)
山西省“1331工程”重点学科建设计划。
文摘
为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy,SAF-LIBS)的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术,使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度,并将声光调制器(acousto-optic modulator,AOM)作为门控开关,从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器(intensified charge coupled device,ICCD)和中阶梯型光栅光谱仪,实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积,降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后,对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明,等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1~50 kHz激光重复频率范围内,Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱,确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下,Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小,在45°处信噪比最高,且在一定的积分时间下,最佳光学薄时间t_(ot)为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下,对Al元素进行定量分析和预测结果表明,Al元素定标曲线的线性度R2为0.982,平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽,同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点,有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。
关键词
激光诱导击穿光谱
自吸收免疫
光学薄
高重频激光器
声光门控
Keywords
laser-induced breakdown and spectroscopy
self-absorption free
optically thin
high repetition rate laser
acousto-optic gating
分类号
O433.4 [机械工程—光学工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
高重频声光门控自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术分析研究
陈斐
王树青
程年恺
张婉飞
张岩
梁佳慧
张雷
王钢
马晓飞
刘珍荣
罗学彬
叶泽甫
朱竹军
尹王保
肖连团
贾锁堂
《中国光学（中英文）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
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