随着海洋科学的快速发展，具有原位和长期观测能力的化学传感器日益成为研究热点,与目前常用于水下原位探测化学传感器相比，基于激光和光谱学原理的海洋化学传感器具有多种成分同时探测、非接触、分析速度快、适应面广、灵活性强等诸多优势，为海洋化学原位探测开辟了新的途径。激光诱导击穿光谱(Laser induced breakdown spectroscopy)技术，简称LIBS技术，该技术的突出优势在于实时快速、无须对样品预先处理、多种成分同时分析，可以实现对微量金属离子的快速、无接触的在线探测而适合于海洋化学环境的原位探测，然而，海水环境不仅会对等离子体的特性产生改变，并且对激光能量的传输和信号的收集造成衰减，从而增加了光谱探测的难度。本论文作为实验室正在开展的“面向海洋探测的LIBS定量分析方法研究及LIBS-sea系统的设计与实现”课题工作内容的一部分，也作为LIBS技术应用于海洋探测的预研工作，对激光在水体中的衰减特性和水下激发等离子光谱特性进行了研究。论文首先介绍了选题的背景和意义，然后从水下LIBS技术的基础原理、海水的光学特性、水下LIBS技术的研究及发展现状及实验中采用的光路和仪器等方面介绍了本论文的理论基础和实验方法。作者的工作主要包括：通过模拟和实验的两种途径对水中探测距离对LIBS原位探测的影响进行了分析；搭建了侧向和后向两种收集方式的水下LIBS实验系统，对水下金属元素的激光诱导击穿光谱特性进行了分析。通过经验公式求得532nm和1064nm两个激光波长处海水总的衰减系数c，采用三种方法模拟计算了激光能量在水中随着传输距离的变化，结果显示，窄光束条件下三种模拟方法得到的衰减结果相同。对于532nm波长的激光，在海水中传输时受海水中粒子的浓度影响较大，随着粒子浓度增加散射作用增强，但由于532nm波长位于海水的“透射窗口”，总的衰减系数仍然较小，比较适合远距离探测，对于1064nm波长的激光，其衰减主要由海水的吸收作用决定，随着传输距离的增大而衰减明显，比较适合近距离探测。同时，实验探测了两种波长水下LIBS信号强度随传输距离的变化，结果显示，随着探测距离的增加，1064nm波长激光烧蚀产生的等离子体信号强度随激光能量的衰减而减小明显，而532nm波长激光烧蚀产生的等离子体信号在近距离下信号强度基本保持不变。运用水下LIBS实验系统，对532nm和1064nm波长激光在水溶液中诱导的等离子体特性进行了研究。通过对CaCl2的水溶液中的Ca元素的LIBS信号的时间演化特性的研究，得到了532nm和1064nm波长激光烧蚀产生的等离子寿命大约为600ns和1400ns，对于一定探测延时下，其原子线和离子线都有最佳的信背比，从而分别确定了它们最佳的探测条件。相对于532nm的激光，1064nm激光的热烧蚀效果更强，1064nm波长诱导产生的等离子体有更高的电子密度，导致了其有更长的寿命，其电子密度均在1017cm-3量级，随时间减小。由ICCD拍摄到的水溶液中的等离子体图像可以看出，水下等离子体形状为沿着激光方向的线型，并且可以观察到很明显的“动态击穿”现象，这种现象造成了水溶液中的等离子体信号稳定性相对较差。1064nm的激发波长的“动态击穿”现象更明显，实验中使用的1064nm激光能量比532nm激光高一个数量级，并且相对于532nm的激光，水对1064nm激光的吸收作用更强，并且其强的热烧蚀效果，使得光谱信号稳定性相对较差。实验中可以通过使用小的激发波长和透镜焦距，通过扩束增大激光光束直径，同时增加累加脉冲个数来提高信号的稳定性。论文的最后对全论文进行了总结，从改进实验方法和实验装置两个方面，在实验室中模拟海洋环境对LIBS原位探测能力进行研究。