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激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种基于原子发射光谱的元素定量检测技术,近年来被广泛研究并应用在工业、科技和环境检测等方面。但是检测限高、信号强度低、信噪比高的缺陷限制了该技术的进一步发展,为提高LIBS检测性能,近年来,许多研究者开展了对双脉冲激光诱导击穿光谱(Double-Pulse Laser Induced Breakdown Spectroscopy,DP-LIBS)增强光谱信号强度的机理开展研究。但其中仍然存在不少相互矛盾或者模糊不清的地方。尤其是共线双脉冲LIBS技术中,仅笼统地提到双脉冲激光可以通过增强样品烧蚀、再加热等离子体等方式共同作用增强光谱信号强度。对样品烧蚀和等离子体加热过程分别如何影响光谱增强尚缺少深入研究和明确解释。为了进一步探究共线双脉冲LIBS技术中增强光谱信号的机制,本文设计了离焦共线双脉冲样品烧蚀取样方式,分别研究了离焦共线双脉冲LIBS和传统共焦共线双脉冲LIBS中预加热模式和再加热模式得到的光谱强度和表面烧蚀形态,探讨了不同激发模式、脉冲延时、激光能量或烧蚀量对光谱信号增强的影响,进一步明确了双脉冲LIBS中样品烧蚀和等离子体加热过程及其光谱信号增强的影响。主要研究内容包括:一、首先研究了离焦共线双脉冲和传统共焦共线双脉冲分别在预加热和再加热等离子体激发模式下得到的光谱强度和表面烧蚀形态及其随时间的变化,研究发现:(1)离焦预加热共线双脉冲对靶材产生了深度烧蚀,但仅在预加热激光能量较小时,增加激光能量才显著改变烧蚀形貌,并有利于增加烧蚀量,其最大烧蚀深度均大致发生在延时为1μs处。离焦再加热双脉冲只产生表面烧蚀,烧蚀量随加热激光能量变化很小。而传统共线双脉冲的两种模式均产生了深度烧蚀,相同延时下,改变加热脉冲能量得到的烧蚀形貌没有太大差异,且最大深度出现在脉冲延时500ns附近。(2)离焦共线双脉冲的两种模式得到的最大光谱强度的双脉冲延时随加热脉冲激光能量的增加而增大;而传统共线双脉冲光谱强度最佳延时和加热脉冲激光能量无关。小预热脉冲能量离焦预加热模式下,最大光谱强度出现在延时1μs附近,与最大深度烧蚀的延时相一致,表明小预热脉冲能量下双脉冲LIBS谱线增强主要由烧蚀量决定;而其它三种模式下等离子体的二次加热对光谱强度的影响更为显著。(3)相对于当脉冲LIBS光谱强度,离焦预加热双脉冲对离子谱线和原子谱线的增强倍数相近,并随预加热激光能量增大而增大,说明增强机相同,主要源于烧蚀的增加;离焦再加热双脉冲的离子谱线在能量较大时增强倍数大幅提升,而原子谱线变化不大,说明等离子体的二次加热更有利于增强离子光谱;而传统共焦双脉冲两种模式下,离子谱线增强倍数高于原子谱线,但预加热时二者的增强倍数较为接近,而再加热模式下对离子谱线的增强远大于对原子谱线。二、采用时间分辨光谱技术,得到了两种离焦双脉冲模式下时间分辨为1?s的LIBS光谱、样品烧蚀形貌及它们随双脉冲间延时的变化,进一步研究了离焦共线双脉冲LIBS技术中加热激光的烧蚀和对光谱强度的影响。研究发现:离焦预加热双脉冲的烧蚀深度与光谱强度的最佳延时同时出现在1.8?s处,且深度(体积)与光谱强度的变化具有很高的一致性,表明激光对靶材剥蚀是光谱信号增强的主要因素;相同总能量的离焦再加热双脉冲只产生轻微表面烧蚀,光谱强度仅在100ns脉冲延时内有所增大,这时光谱强度取决于烧蚀增多和等离子体二次激发的共同作用。