第33卷，第10期 2013年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 33,No. 10,pp2599-2602
October,2013
激光诱导击穿光谱测量偏差的物理影响因素研究万雄1.2，王鹏"，王琦，张青1，张志敏"，张华明1 1.南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西南昌330063
2.中国科学院上海技术物理研究所，中国科学院空间主动光电技术重点实验室，上海
180002
摘要为了消除LIBS实际测量光谱谱线与标准的LIBS光谱谱线间存在的差值，提高元素测量精准度，提出了针对激光诱导击穿光谱测量偏差的物理影响因素研究。实验在相同条件下，对烧蚀孔效应和光谱波长的关系进行了测试，研究了激光诱导击穿光谱高温Mg等离子体在1.00～3.00μs范围采样延时下的斯塔克(Stark)展宽数据，从而得出烧蚀孔效应和斯塔克延时展宽等物理因素对采集光谐造成的具体影响。研究结果及方法完全可以应用于其他激光诱导击穿光谱实验系统的误差分析，这对于提高LIBS技术的物质元素测量精准度，研究LIBS技术的最佳采样延时时间，具有重要意义，
关键词激光诱导击穿光谱；物理测量偏差；斯塔克展宽；烧蚀孔效应
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI; 10.3964/j. issn.1000-0593(2013)10-2599-04
大气压(1.01kPa)下进行，对Mg元索高温等离子体的斯塔克(Stark)延时展宽和激光烧蚀孔效应对光谱精确度的影响进行了测试。在此实验条件下可以确定：烧蚀孔效应对光谱
激光诱导击穿光谱（LIBS)技术是一种新兴的无损检测技术。由于其在检测样品组成成分，元素含量方面，具有快速性，测量的非接触性，无需进行样品预处理等优点， LIBS系统已在文物鉴定["]、爆炸物检测[3]、
金属及其合金检
测、材料科学、生物医学、环境监测、燃烧和触媒转换器检测、法医学等物质及元素检测领域被广泛使用(+6]。在对激光诱导击穿试验光谱数据分析的过程中，实际测量光谱谱线所对应的波长，往往与标准的LIBS光谱谱线所对应的波长
存在一定的差值[7，
，这种差值与激光诱导击穿时所处的气
体介质，大气压值，光谱接收延时时间等效应存在密切的联系9。这种测量偏差的存在，对物质元素的测量是极为不利的。长期以来对光谱测试误差的分析，多集中在测试环境、波长对比等方面[10]，而激光诱导击穿过程中所发生的延时斯塔克(Stark)展宽效应、激光烧蚀孔效应等物理因索造成的测量偏差少有报道，因此有必要对激光诱导击穿光谱测量偏差的离子层面的物理影响因素进行研究。
实验采用Beamtech公司的Nimma-400型激光器，波长为1064nm，脉宽时间8ns，单脉冲能量为400mJ；Avantes 公司红外光谐仪，型号为AvaSpec-2048-USB2。实验在标准
收稿日期：2012-12-09，修订日期：2013-03-18
精度无显著影响，延时时间与斯塔克脉宽展宽造成的光谱偏差成确定的反比例关系。此物理偏差研究对于其他不同采样延时范围的激光诱导击穿光谱实验系统也是适用的。这对 LIBS物质元素测量精准度的提高具有重要意义。
实验部分 1
脉冲激光器输出的高能量脉冲被聚焦到被测物体的表面，就可以在激光脉冲的持续时间内（典型值是10ns)使被测材料表面的激光功率密度超过激发阔值（10°～10"W， cm"")，在如此之高的激光功率密度和温度作用下，被测材料表面就会有物质的原子蒸汽被喷射出来，这个过程通常被称为激光剩离，同时材料表面的这些自由电子进一步和其他原子碰撞，加速了电离过程并最终产生寿命很短但亮度很高的等离子体，其瞬间温度可达10000℃。在这个热等离子体中，喷射出来的物质离解成激发态的原子和离子。
设定激光脉冲能量完全转化为热能，可由能量守恒原理，得到式(1)
E = Cppp,T(r)dV
(1)
86000
学院“百人计划“择优项目资助
作者简介：万雄，1969年生，中国科学院上海技术物理研究所研究员，南昌航空大学教投万方数据
e-mail; wanxiong@126, com