飞秒激光等离子体丝烧蚀土壤等离子体特性

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1、学号：S15010049硕士学位论文飞秒激光等离子体丝烧蚀土壤等离子体特性研究生姓名：姚爽学科、专业：物理学二○一八年六月分类号：0439密级：可公开UDC：编号：飞秒激光等离子体丝烧蚀土壤等离子体特性RESEARCHESONTHEPLASMAPROPERTIESOFFEMTOSECONDFILAMENTABLAREDSOIL学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：物理学（070200）研究方向：原子分子与电磁场相互作用申请学位级别：硕士指导教师：高勋教授研究生：姚爽论文起止时间：20

2、16.9—2018.3摘要针对土壤中重金属元素的污染现状及危害，本文基于飞秒激光等离子体成丝的非线性和内在物理机制的特性，对飞秒激光等离子体丝烧蚀土壤等离子特性进行了研究，在此基础上，基于飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱技术对土壤重金属元素进行了在线检测研究。本文利用荧光法和照相法对飞秒激光等离子丝长度进行了测量，研究了脉冲能量对飞秒激光等离子体丝长度和成丝起点的影响规律。开展了飞秒激光等离子体烧蚀土壤等离子体特性影响实验研究，得到了形成飞秒激光等离子体丝脉冲能量对土壤等离子体参数如发射光谱强度、电子温度和电子密

3、度的时空演化过程影响。基于光散射法，得到了飞秒激光等离子体丝烧蚀物质向外喷射粒子的动力学演化过程。在特性研究基础上，开展了飞秒激光等离子体丝诱导剂穿光谱技术用于土壤重金属元素Pb、Cr元素含量的检测研究，获得了在细丝不同位置处Pb元素的定标曲线及相对标准偏差和检测限。利用“去一交互检验法”计算飞秒激光等离子体丝诱导击穿诱导光谱技术测量土壤Pb、Cr元素浓度值和相对误差。研究结果表明FIBS技术用于土壤重金属元素检测具有高的准确度、低检测限以及低的检测偏差，从而为FIBS用于土壤重金属元素的在线原位探测奠定了实验

4、基础。关键词：飞秒激光等离子体丝土壤重金属检测等离子体特性克尔自聚焦效应ABSTRACTHeavymetalpollutioninsoilsisaseriousproblemandharmfulforhumanhealth.Basedonthecharacteristicsofnonlinearandintrinsicphysicalmechanismsoffemtosecondlaserplasma,westudyon-linedetectionoffemtosecondlaserablationsoilpl

5、asmaproperties.Inthispaper,theeffectofpulseenergyontheformationoffemtosecondfilamentwasstudiedbyusingtwomethodsasthefluorescencespectrumandthephotographicimaging,andthelengthandthestartingpositionofthefemtosecondfilamentwereobtained.Experimentswereconductedt

6、ostudytheeffectoffemtosecondlaserplasmaablationonsoilplasmacharacteristics.Theinfluenceoftheformationoffemtosecondlaserplasmapulseenergyonthespatiotemporalevolutionofsoilplasmaparameterssuchasemissionspectrumintensity,electrontemperature,andelectrondensitywa

7、sobtained.Basedonthelightscatteringmethod,thedynamicevolutionprocessofparticlesejectedbyfemtosecondlaserfilamentablationmaterialwasobtained.Basedonthecharacteristicstudy,femtosecondlaserandplasmafilamentinducerspectroscopywasappliedtothedeterminationofPbandC

8、rinheavymetalelementsofsoil.ThecalibrationcurveandRSDandLODofPbelementsatdifferentpositionsofthefilamentswereobtained.Themethodcalledleave-one-outcrossvalidationwasusedtocalculatefemtosecondlase