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快递：用于当量比测量的时间门控单次脉冲皮秒激光诱导击穿光谱（ps-LIBS）技术

DOI：10.1177/0003702819885647 期刊：Applied Spectroscopy 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 我们展示了采用时间门控皮秒激光诱导击穿光谱（ps-LIBS）测定常压绝热甲烷-空气火焰局部当量比的方法。传统用于当量比测量的纳秒（ns）激光脉冲会产生过量连续谱，降低测量准确度与精密度。更短的脉冲持续时间通过限制雪崩电离来减少连续谱发射。此外，与飞秒激光相比，皮秒激光激发的等离子体发射具有较高信噪比（S/N），适用于湍流反应流中当量比测定的单次测量。我们分析了等离子体发射比Hα（656 nm）/NII（568 nm）与激光能量及延迟时间的依赖关系，以优化信噪比并最小化当量比测量不确定度。研究发现，在保持高信噪比的同时，提高激光能量并缩短延迟时间可降低测量不确定度。除常压火焰研究外，我们还检验了高压氮气腔室中ps-LIBS信号的稳定性。结果表明，在升压环境（最高40巴）下使用较低激发能量时，等离子体发射与空间位置可实现单次激发的稳定性。本研究表明，皮秒脉冲在改善常压及高压燃烧环境中基于LIBS的当量比测量方面具有应用潜力。
作者： Mark Gragston，Paul Hsu，Anil Patnaik，Zhili Zhang，Sukesh Roy
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究皮秒激光诱导击穿光谱（ps-LIBS）用于测定常压绝热甲烷-空气火焰中的局部当量比，并检验皮秒激光诱导击穿光谱信号在高压氮气腔室中的稳定性。

研究成果

该研究表明，皮秒级脉冲在提升常压及高压燃烧环境下基于激光诱导击穿光谱（LIBS）的当量比测量方面具有潜力。研究发现，更高的激光能量和更短的相机延迟时间（约20纳秒）有利于实现精确测量。在高压条件下，皮秒LIBS等离子体发射及其空间位置保持稳定，显示出其相较于传统纳秒LIBS在高压应用中的优势。

研究不足

该研究承认皮秒激光诱导等离子体光谱中存在连续谱发射，尽管其程度低于纳秒等离子体。激光诱导击穿光谱（LIBS）等离子体的随机特性以及等离子体的混沌演化会引入测量波动，尤其在较长延迟时间下更为明显。

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