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《中国科学技术大学》 2018年
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高光谱分辨率空间外差激光诱导击穿光谱技术研究

郭翔宇  
【摘要】:激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)在实际应用中,受限于探测系统数值孔径和光谱仪分辨率,检测信号弱、谱线重叠的问题普遍存在。采用合理的方法对重叠光谱进行分离,提升LIBS技术的探测灵敏度,有助于提高对待测物体定性、定量分析的准确性。目前,市场上大部分光谱仪器采用限制狭缝宽度的方法来保证光谱探测分辨本领,但这也降低了仪器所能获得的光通量,造成了探测信号的灵敏度的下降。这一现状严重影响了LIBS光谱信号的信噪比及光谱分析的准确性。空间外差光谱技术是基于Fizeau干涉条纹的傅里叶变换光谱技术,系统的分辨率不受狭缝尺寸的制约,能够同时获得高的光通量以及高的光谱分辨。同时,它还同时具备任意波段选择、无运动部件、结构紧凑、易于集成、体积小、功耗低等优势。空间外差光谱仪作为一种高通量、高分辨的干涉光谱技术具备解决LIBS技术在实际探测过程中谱线大量谱线重叠干扰的问题,并提高光谱信号的探测灵敏度。本文以高分辨、高通量、集成化的空间外差光谱探测技术为研究目标,内容包括:1.以LIBS高分辨、高通量的检测需求为出发点,引入空间外差光谱技术,对空间外差光谱技术在国内外的微型化发展趋势及应用领域进行了归纳总结。2.对激光诱导击穿光谱、空间外差光谱的理论机制进行了详细的阐述论证,简要描述了两种用于空间外差光谱数据处理的方法。3.开展基于空间外差光谱仪的高通量、高分辨LIBS检测技术的相关研究工作,突破了传统光谱仪器无法同时获得高通量、高光谱分辨的限制,建立了基于空间外差光谱技术的高分辨LIBS探测系统及相应的系统标定及数据处理方法。文中以矢量矩阵理论为基础,研究分析了空间外差光谱系统中的误差敏感方向,为实际的仪器调试提供了理论指导。4.针对小型化、便捷化探测目标,研制了基于无线图像传输技术的微型空间外差光谱系统,可以在手机端实时的监测光谱数据的变化。无需电脑的接入以及交流电源的供电大幅提升了微型空间外差光谱系统的使用便捷性。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TH744.1

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【参考文献】
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