1064 nm Nd:YAG激光诱导铁等离子体特征参数的研究

利用1064 nm Nd:YAG激光器研究了激光诱导铁条等离子体的特征参数。为了减小测量误差和谱线自发辐射跃迁几率不确定性带来的计算误差,采用改进的迭代Boltzmann方法精确求解铁等离子体的电子温度为8058 K。Lorentz函数拟合Fe I 376.553 nm得到等离子体的电子数密度为8.71017 cm-3。分析表明等离子体的加热机制主要是逆轫致过程,其吸收系数是0.14 cm-1。实验数据证实激光诱导铁等离子体处于局部热力学平衡状态和光学薄状态。     

钾元素单脉冲和双脉冲激光诱导击穿光谱研究

基于自行研制的新型液体射流的激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置,研究了实验条件(如积分延时、脉冲间隔、激光能量等)对K元素单脉冲LIBS和双脉冲LIBS等离子发射的影响.实验得知相对单脉冲激光激发,双脉冲激光激发可以显著提高等离子体发射谱线强度,增加谱线强度的衰减时间,提高LIBS数据的稳定性.通过最佳实验条件下K766.49nm谱线强度随溶液浓度的分析,得到该实验系统中,双脉冲激光激发时K元素的检测灵敏度和检测限约是单脉冲激光激发时的37倍.实验结果为双脉冲LIBS技术应用于水体金属的检测提供了一定依据.     

A Fast Algorithm for S-Regression Estimates

Equivariant high-breakdown point regression estimates are computationally expensive, and the corresponding algorithms become unfeasible for moderately large number of regressors. One important advance to improve the computational speed of one such estimator is the fast-LTS algorithm. This article proposes an analogous algorithm for computing S-estimates. The new algorithm, that we call “fast-S”, is also based on a “local improvement” step of the resampling initial candidates. This allows for a substantial reduction of the number of candidates required to obtain a good approximation to the optimal solution. We performed a simulation study which shows that S-estimators computed with the fast-S algorithm compare favorably to the LTS-estimators computed with the fast-LTS algorithm.     

基于激光诱导击穿光谱技术定量分析食用明胶中的铬元素

利用激光诱导击穿光谱技术对食用明胶样品中的铬元素进行定量分析.采用Nd:YAG脉冲激光器三倍频输出的355 nm激光诱导击穿食用明胶产生激光等离子体,测量等离子发射光谱.实验数据表明:使用内标法定量分析食用明胶样品中铬元素浓度分别为10—200 ppm(1 ppm=10-6)时,铬元素含量与分析谱线(CrI:245.43 nm)强度之间具有很好的线性关系.分析了光谱探测延迟时间对明胶中铬元素激光诱导击穿光谱的影响,利用信号强度与信噪比获得了优化的光谱探测延迟时间实验参数.     

具有纵向漏极场板的低导通电阻绝缘体上硅横向双扩散金属氧化物半导体器件新结构

为降低绝缘体上硅(SOI)横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件的导通电阻,同时提高器件击穿电压,提出了一种具有纵向漏极场板的低导通电阻槽栅槽漏SOI-LDMOS器件新结构.该结构特征为采用了槽栅槽漏结构,在纵向上扩展了电流传导区域,在横向上缩短了电流传导路径,降低了器件导通电阻;漏端采用了纵向漏极场板,该场板对漏端下方的电场进行了调制,从而减弱了漏极末端的高电场,提高了器件的击穿电压.利用二维数值仿真软件MEDICI对新结构与具有相同器件尺寸的传统SOI结构、槽栅SOI结构、槽栅槽漏SOI结构进行了比较.结果表明:在保证各自最高优值的条件下,与这三种结构相比,新结构的比导通电阻分别降低了53%,23%和提高了87%,击穿电压则分别提高了4%、降低了9%、提高了45%.比较四种结构的优值,具有纵向漏极场板的槽栅槽漏SOI结构优值最高,这表明在四种结构中新结构保持了较低导通电阻,同时又具有较高的击穿电压.     

具有L型源极场板的双槽绝缘体上硅高压器件新结构

为了提高小尺寸绝缘体上硅(SOI)器件的击穿电压,同时降低器件比导通电阻,提出了一种具有L型源极场板的双槽SOI高压器件新结构.该结构具有如下特征:首先,采用了槽栅结构,使电流纵向传导面积加宽,降低了器件的比导通电阻;其次,在漂移区引入了Si O2槽型介质层,该介质层的高电场使器件的击穿电压显著提高;第三,在槽型介质层中引入了L型源极场板,该场板调制了漂移区电场,使优化漂移区掺杂浓度大幅增加,降低了器件的比导通电阻.二维数值仿真结果表明:与传统SOI结构相比,在相同器件尺寸时,新结构的击穿电压提高了151%,比导通电阻降低了20%;在相同击穿电压时,比导通电阻降低了80%.与相同器件尺寸的双槽SOI结构相比,新结构保持了双槽SOI结构的高击穿电压特性,同时,比导通电阻降低了26%.     

水导激光加工光源选型与材料蚀除研究

水导激光加工系统中光源的输出参数对其加工能力有极为重要的影响.为进一步拓宽水导激光加工的应用领域,针对光源选型问题,建立了激光与水相互作用的物理模型.利用龙格库塔方法对不同脉宽和波长的激光辐照下水中焦点区域自由电子密度的演变过程进行数值模拟计算,探究了多光子电离、雪崩电离、电子扩散以及电子重组等物理进程对自由电子密度的影响,明确了不同激光参数下水的理论击穿阈值,并进行相应的实验验证.在此基础上选取合适的激光光源进行水导激光刻划304不锈钢的实验.结果表明,合适的激光光源可以在提升激光与水射流耦合效率、降低耦合损耗的同时,抑制加工过程中形成的热缺陷,实现高质量的水导激光加工.      

基于LIBS光谱与成分分析的飞机蒙皮激光除漆可控性研究

激光除漆作为激光清洗技术的分支,有望替代传统打磨及化学除漆工艺,实现飞机蒙皮表面漆层的可控清除,但除漆过程及质量的可控性依赖于有效的原位、在线监测技术。针对飞机铝合金蒙皮表面多漆层结构,采用LIBS技术对不同漆层、不同厚度时漆层特征元素进行光谱与成分分析,在信号解译基础上建立漆层去除层数、去除厚度与LIBS光谱变化的内在关联,实现除漆过程质量的实时监测与反馈控制。结果表明,分层除漆过程中面漆、底漆完全清除后,漆层特征元素（Fe,Ti）的光谱峰消失。LIBS监测到面漆的特征元素Fe在501.494 1和521.517 9 nm处Fe Ⅰ 的光谱特征峰消失时,判定面漆完全清除。监测到底漆特征元素Ti在498.173 0,499.107 0和521.039 0 nm处Ti Ⅰ 的光谱特征峰消失时,判定底漆完全清除。厚度除漆时,随漆层厚度降低或激光脉冲作用次数增加,漆层特征元素（Ca）的光谱峰强相应降低,至漆层厚度为0时（完全去除）,漆层特征元素光谱峰消失,同时基体特征元素（Al）光谱峰出现。LIBS监测616.217 0,643.907 0和422.673 0 nm处Ca Ⅰ 的光谱信号强度变化能够监测激光除漆时剩余漆层厚度,实现对激光除漆厚度的可控清除监测。另外,结合EDS与SEM测试分析,验证了LIBS用于飞机蒙皮激光除漆过程与效果监测、分层与厚度控制的可行性,表明在不损伤基体氧化层的前提下,通过监测对应波长位置的面漆、底漆特征元素光谱与成分变化规律能够实现激光分层可控、厚度可控除漆。     

基于LIBS技术结合PCA-SVM机器学习对猪肉部位的识别研究

近年来,激光诱导击穿光谱（LIBS）与算法相结合分类、识别生物组织逐渐兴起。由于猪肉各部位组织光谱特性相似,仅通过分析光谱信息很难达到准确识别的效果,采用来自于同一个体、四个不同部位的猪肉进行研究,并将其进行切片、压平,应用LIBS技术对4种部位的组织（里脊,梅花,前腿,五花）进行了样品光谱的采集,每种样品采集100幅光谱进行分析,选取Ca,Na,K等6条谱线进行了初步光谱分析,观测谱线发现除脂肪含量较多的五花组织C-N以及C含量较其他组织高以外,其他组织很难区分,进一步对这6个成分进行主成分分析（PCA）,得到PC1,PC2,PC3累计贡献率达到95%,通过特征分数作为支持向量机（SVM）模型输入源,建立SVM分类模型,得到几种部位样品的混淆矩阵图,通过观察混淆矩阵可以清楚分辨出每个种类样品的分类整准确率,发现四种样品准确率分别为96%,98%,97%,100%,平均准确率达到了97%以上。研究证明LIBS结合PCA-SVM可作为一种快速鉴别猪肉不同组织部位的检测方法。     

不同来源煤灰激光诱导击穿光谱测量特性对比研究

飞灰含碳量的定量分析需要不同含碳量梯度的飞灰样品作为定标之用。通常做法是用煤粉按照快速灰化法的要求灼烧得到不同含碳量的灰样,用于定标分析。但是这与实际锅炉飞灰的成分存在一定差异,需要对光谱特性的差异进行研究来指导实际定标工作。因此,对比了快速灰化法制备的不同含碳量的煤灰样品与锅炉飞灰在特征谱线强度、等离子温度等等离子光谱特征方面的差异。实验证明快速灰化法制备的煤灰样品的Fe,Mg和Al谱线强度强于锅炉飞灰样品,飞灰等离子温度低于所制备的煤灰样品的等离子体温度,这可能是不同处理过程的物理化学特性差异造成的。用主成分分析法考察了导致光谱差异的主要原因,认为Fe,Mg,Al和Si等元素是导致二者在光谱特性差异的主要因素,这可能因为实验室内按照快速灰化法进行制样的飞灰相应矿物质组成不同所导致的。在用灼烧后的煤灰定标未燃碳时,应注意由于成灰过程不同所造成的Fe,Mg,Al和Si等元素含量和形态不同所带来的影响。