Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 CAS Key Laboratory of Soft Matter Chemistry, Department of Polymer Science and Engineering, iChEM, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
A range-extended acidity detector based on Nile red was designed and analyzed in this work. In light of the good lasing property and solvatochromism characteristic of Nile red/ethanol solution, we have obtained laser spectra of sulfuric acid in different concentrations doped in this substrate. Moreover, to expand the acidity detection range, we proposed a tandem cuvette system containing rhodamine 6G/ethanol and Nile red/ethanol. Consequently, the detection range could be enlarged from 26 nm to 40 nm, by changing not only the wavelength peak but also by the intensity ratio of dual-wavelength laser output. In addition, by changing the detection and substrate materials, the whole detection range could be expanded, and therefore a wide range of applications in polarity and acidity detection could be implemented via this method.
acidity detector solvatochromism characteristic Nile red tandem cuvette system Chinese Optics Letters
2020, 18(11): 111402
1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
2 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
在钢铁冶炼中, 成分含量检测是保证冶炼质量的关键之一, 激光诱导击穿光谱技术（LIBS）具有遥测的特点, 非常适合于炉内钢水成分的检测。 实验室搭建了一熔融合金LIBS检测实验系统, 该系统由 Nd:YAG调Q激光器（重复频率10 Hz, 波长1 064 nm, 脉冲宽度10 ns, 单脉冲能量约240 mJ）, 高频感应电炉（温度1 600 ℃）, 光谱仪（波长范围186～310 nm, 光谱分辨率0.1 nm）, 激光聚焦和信号光收集系统组成。 实现了对钢液中多元素的LIBS光谱检测, 通过内标法建立了相应元素的定标曲线, 并给出了系统的检测限。 采用深紫外镀膜探测器的光谱仪和抗紫外曝光处理的光纤, 在大气环境下得到的C, S, Mn和Cr元素定标曲线的线性相关系数优于0.96, 检测限分别达到169, 15, 58.9和210 μg·g－1。 对比发现, 不同元素得到最佳定标曲线所需延时条件不同。
激光诱导击穿光谱技术 钢液 成分检测 Laser induced breakdown spectroscopy Molten steel Content detection 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2613
1 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
激光冲击是一种以高功率脉冲激光辐照金属材料的新型表面改性处理技术。在水约束层和 记号笔涂层作保护层的情况下,对铝、钛和不锈钢3种典型的金属结构材料进行激光冲击对比实验, 获得强激光冲击作用下3种金属结构材料的损伤特性,并定量分析了激光冲击次数与金属材料表面凹坑 深度的关系。结果表明:凹坑深度与冲击次数呈线性关系,且斜率与金属材料的屈服强度成反比。 为探究激光冲击光斑形貌对金属材料损伤的影响,对比了方斑和圆斑的冲击情况。测试数据显示试件 表面损伤形貌与光斑一致且圆斑造成的损伤更严重。
激光技术 损伤特性 激光冲击 金属材料 衍射光学元件 laser techniques damage characteristics laser shock metallic material diffractive optical element
1 中国科学院宁波材料技术与工程研究所， 浙江 宁波 315201
2 中国科学技术大学纳米科学技术学院， 安徽 合肥 230026
3 中国科学技术大学光学与光学工程系， 安徽 合肥 230026
利用Nd:YAG脉冲激光器对ZK60镁合金进行了激光冲击强化处理，分析了激光能量密度、单双面冲击和有无保护层等工艺参数对ZK60镁合金力学性能的影响，测试了ZK60镁合金在激光冲击强化处理前后的耐磨性能。实验结果表明，激光冲击强化可以提高ZK60镁合金的力学性能和耐磨性；高功率密度的处理效果比低功率密度的好；单双面冲击处理效果没有明显差别；有保护层时可以避免材料表面产生蜂窝状烧蚀层。
激光技术 激光冲击强化 ZK60镁合金 拉伸性能 耐磨性 激光与光电子学进展
2016, 53(10): 101406
1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
2 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230027
3 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有非接触测量、无需样品预处理以及快速多元素同时分析等特点, 适合于高温、高压、真空、有毒以及敌对环境等仪器和操作人员无法靠近观测对象的应用中。LIBS技术结合望远镜系统可以实现物质成分的远距离检测与分析。搭建了一套可自动聚焦的LIBS远程测量系统。该系统中的望远镜采用Schwarzschild结构, 由一块凹球面反射镜和一块凸球面反射镜组成。两块球面反射镜共轴安装。其中凸面反射镜安装在电控精密平移台上, 电动平移台可带动凸面反射镜沿光轴移动。通过调整凸面反射镜的位置, 改变凸面反射镜和凹面反射镜的间距, 进而改变系统的焦距, 实现对不同距离的样品进行光谱测量。该结构的优点在于: 激光聚焦光路与信号光采集光路相同, 便于安装和调试;望远镜系统采用全反射式光路, 适用于紫外波段检测;只包括两个球面反射镜, 结构紧凑, 元件容易加工。望远镜系统调焦距离为1.5～3.6 m, 聚焦光斑直径约为0.5~1.0 mm。使用该系统对铜样品进行了LIBS实验, 确认了Cu元素的特征谱线。通过测量Cu元素的LIBS特征谱线(Cu Ⅰ 223.01 nm, Cu Ⅰ 224.43 nm)峰面积和反射镜间距之间关系, 得到了激光的最优聚焦位置。实验结果表明, 该系统能够完成样品的远程激发和LIBS光谱测量, 并能够对不同距离的样品进行自动聚焦。
激光诱导击穿光谱 远程 望远镜 自动聚焦 Laser-induced breakdown spectroscopy Remote measurement Telescope Auto-focusing
中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽省光电子科学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230026
研究了基于光纤放大网络的激光惯性约束核聚变靶面光场的均匀特性,采用透镜阵列 匀滑多束多模光纤激光器集束后的光场,设计了合适的透镜阵列并进行相应的实验,获得聚焦后 靶面处的极小光斑,其靶面光场顶部区域均方根(RMS)低于5%。同时实验上研究了靶面 位置和集束激光器数目对匀滑效果的影响,合适的靶面位置和增加集束激光器数目能明显改善匀滑效果。
激光技术 激光匀滑 光纤激光器 透镜阵列 惯性约束聚变 laser techniques laser smooth fiber laser lens array inertial confinement fusion
1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
2 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种动态光谱。 时间分辨LIBS光谱测量是研究激光诱导等离子体演化和谱线自吸收的重要技术。 结合激光诱导击穿光谱测量的时序特性, 提出一种利用常规性能光谱探测设备获得微秒级时间分辨LIBS光谱的测量方法。 通过控制毫秒级光谱探测设备的积分延迟时间, 获得不同延时下的LIBS光谱信号, 对所得光谱进行处理得到相应特征谱线拟合强度, 将所测的特征谱线强度按照一定的时间间隔进行差分, 得到差值即为差分间隔时间内特征谱线的积分强度。 采用差分时间间隔应大于系统最差时序精度, 同时优选无重叠干扰和背底连续的谱线信号进行分析。 以等离子体产生后持续时间为横坐标, 计算所得谱线差值强度为纵坐标, 即可获得特征谱线的强度演化曲线。 通过实验验证, 使用积分时间为毫秒量级光谱仪和时序精度为0.021微秒控制系统, 该方法可以实现微秒量级时间分辨LIBS光谱测量, 可用于表征LIBS光谱特征谱线演化过程, 降低了LIBS光谱时间分辨测量系统成本。
激光诱导击穿光谱 时间分辨 方法 演化 Laser-induced breakdown spectroscopy Time-resolved Method Evolution
1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
2 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是应用于冶金在线分析最具前景的技术之一。 为了研究真空和高温条件下LIBS光谱特性和物质成分定量分析方法, 设计并搭建了可实现真空环境高温熔融金属LIBS光谱测量的实验系统。 系统以调Q Nd:YAG脉冲激光器为光源, 采用不同焦距透镜实现激光聚焦和信号光采集, 并利用光谱仪进行光谱检测, 真空获取和高温加热通过真空泵和中频感应电炉实现, 感应加热线圈通过陶瓷封接引线法兰与真空系统进行整合。 经过安装测试, 搭建系统在未加热情况下真空度可达1×10－4Pa, 加热温度可达到1 600 ℃, 可实现真空环境下铁、 铝等金属加热或熔融, 并获得相应环境下的LIBS测量光谱。 利用该系统进行真空和熔融条件下标准钢样品的LIBS实验, 得到了固态钢样品LIBS光谱在不同真空度下的光谱对比, 以及真空环境熔融态和固态钢样品光谱对比。 通过对测得的LIBS光谱进行数据处理和理论分析, 所得初步实验结果与现有研究结论相符合, 表明该系统工作状况良好, 可满足真空环境下的熔融金属成分分析研究的基本需求。
激光诱导击穿光谱 系统 真空 高温 金属 Laser-induced breakdown spectroscopy Vacuum High-temperature Molten metal 光谱学与光谱分析
2013, 33(12): 3388
1 中国科学技术大学光学与光学工程系,安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽 合肥 230029
激光诱导等离子体光谱法作为一种新兴的元素成份分析方法近年受到广泛关注, 采用这种方法可以快速对物体进行元素成分的定量分析。在实验中用激光诱导等离子体光谱法 (LIPS) 来 测量碳钢中的碳含量。将Nd:YAG激光器发射的激光聚焦到样品表面产生等离子体,选择等离子体发射光谱中的193.09 nm碳 谱线进行分析。得到固态碳钢样品碳含量的定标曲线,检测限为460 ppm。这个结果说明LIPS方法可以用于钢铁中元素 成份的直接定量测量。
光谱学 激光诱导等离子体光谱 定量分析 定标曲线 碳钢 spectroscopy laser induced plasma spectroscopy quantitative analysis calibration curve carbon steel
1 中国科学技术大学光学与光学工程系,安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 23002
以波长1064 nm的 Nd:YAG 调Q激光束为激发光源,对铜、镁铝合金和钢等金属材料的激光诱导等离子体 光谱 (Lips) 进行了实验探测,并分析了延迟时间、环境气体等因素对元素光谱特性的影响。适当的延迟 时间和氩气环境能显著地改善谱线的信噪比,从而提高元素含量分析的精度。
激光诱导等离子体光谱 延迟时间 环境气体 元素识别 laser-induced plasma spectroscopy delay time ambient atmosphere elemental recognition
