摘要
激光诱导击穿光谱（简称LIBS）技术具有远程、原位和全元素同步分析等优点。但在工业现场、太空等恶劣环境下，激光能量波动严重影响等离子体光谱强度稳定性，导致LIBS技术检测精度差。因此，本文研究了激光能量对等离子体的影响规律，并在此基础上提出光谱标准化模型和等离子体图谱融合模型，以改善LIBS光谱强度稳定性，拓宽LIBS技术应用范围。本文主要研究成果及创新点如下： （1）探究激光能量与等离子体光谱的关系。为研究等离子体光谱与激光能量波动的机理，提取并分析了等离子体参数，结果表明，在10～80mJ内，激光能量的增加会加强激光-物质的相互作用，同时提高等离子体温度、电子数密度和总粒子数密度，进而提升光谱强度。 （2）针对恶劣环境下激光能量变化导致的LIBS光谱强度波动难题，本文构建了光谱标准化模型，使用“标准”等离子体表示等离子体参数波动，以降低光谱强度波动。为了验证模型有效性，使用铝合金的Si和Mn元素及土壤的Na和Ca元素进行实验。结果表明该模型分别将定标曲线拟合系数（R2）从0.555和0.781提升至0.790和0.900，平均相对误差（ARE）从0.184和0.168降低至0.122和0.105。 （3）针对光谱标准化模型存在等离子体参数表征不准确等问题，进一步提出了等离子体图谱融合校正模型。该方法利用等离子体图像特征提高了等离子体参数表征准确性，降低了计算复杂度，实现对待测谱线强度稳定性的精准调控。为了探究该方法的有效性，使用铝合金的Si和Mn元素和土壤的Na和Ca元素进行验证实验。结果表明，采用该模型使两类样品的定标曲线R2分别从0.790和0.900提升至0.909和0.943，ARE从0.122和0.105降低至0.080和0.087。 综上所述，本文通过建立等离子体图像-光谱和等离子体参数的内在联系，提出了等离子体图谱融合校正模型，进一步降低激光能量对光谱强度稳定性的影响，提升恶劣环境下等离子体光谱强度稳定性，加快LIBS技术商业化进程。
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