编辑推荐
内容主要包括新型激光器件和激光诱导击穿光谱分析技术。除了介绍光子晶体、液晶的分类和结构。围绕LIBS，阐述了定量分析样品微区均匀性检验方法，及LIBS标准样品研制方法。
配有大量图表和实验数据。适合从事激光器件和LIBS分析等应用研究的工程技术人员、大专院校师生和实验人员参考。
作者简介
乌日娜，光电专业一线高校教师，主要研方向为光电材料与器件，激光技术及应用，同时参与过多项省部级科研项目并获奖。
目录
第1篇新型激光器件
第1章光子晶体概论
1.1光子晶体简介
1.1.1光子晶体的分类与结构
1.1.2光子晶体的特性
1.1.3光子晶体的理论研究方法
1.2光子晶体光子禁带的数值模拟
1.2.1一维光子晶体中光传输矩阵
1.2.2一维光子晶体的色散曲线
1.2.3不同介质材料对光子禁带的影响
1.2.4介质材料厚度比对光子禁带的影响
1.2.5入射角对光子禁带的影响
1.2.6周期数对光子禁带的影响
1.3液晶简介
1.3.1液晶的概念
1.3.2液晶的分类
1.3.3液晶的特性
1.4胆甾相液晶光子禁带的数值模拟
第2章胆甾相液晶激光器
2.1激光的产生
2.2染料掺杂液晶激光器
2.3温度调谐胆甾相液晶激光器实验研究
2.3.1正性液晶温度调谐胆甾相液晶激光器
2.3.2负性液晶温度调谐胆甾相液晶激光器
2.4电场调谐胆甾相液晶激光器实验研究
2.4.1器件结构设计及制作
2.4.2器件激光辐射特性测试分析
2.5空间位置调谐胆甾相液晶激光器实验研究
2.5.1楔形盒胆甾相液晶激光器
2.5.2楔形盒胆甾相液晶激光器优化
2.6光子态密度理论
2.6.1胆甾相液晶激光器光子态密度分布数值模拟
2.6.2温度调谐胆甾相液晶激光器光子态密度分布数值模拟
2.6.3空间位置调谐胆甾相液晶激光器光子态密度分布数值模拟
2.7薄膜型液晶激光实验研究
2.7.1构建于聚合物分散液晶薄膜的禁带末端激光辐射
2.7.2器件的设计及制作
2.7.3器件辐射特性测试分析
第3章液晶随机激光器
3.1随机激光理论简介
3.2光子晶体光纤中液晶随机激光辐射实验研究
3.2.1全反射型光子晶体光纤
3.2.2光子晶体光纤中液晶随机激光辐射
3.3构建于聚合物分散液晶膜的随机激光辐射实验研究
3.3.1聚合物分散液晶膜的制备
3.3.2随机激光阈值特性
3.3.3温度对随机激光辐射特性的影响
3.3.4宽波段随机激光辐射的实现
第4章光谱激发大能量固体激光器
4.1灯泵浦大能量固体激光器
4.1.12焦耳高光束质量脉冲激光器
4.1.2脉宽可调固体激光器
4.2LD脉冲泵浦被动调Q大能量全固态激光器
4.3高功率深紫外固体激光器
参考文献
第2篇激光诱导击穿光谱分析技术
第5章激光诱导击穿光谱分析技术概述
5.1激光诱导击穿光谱分析简介
5.2LIBS分析基础
5.2.1LIBS分析系统组成及分析方法概述
5.2.2激光与物质作用过程
5.2.3激光诱导等离子体及其性质
5.2.4发射谱线强度及其加宽
5.2.5LIBS的影响因素
5.3LIBS定量分析
5.3.1LIBS定量分析方法简介
5.3.2定量分析方法及其改进
第6章LIBS自吸收效应
6.1LIBS自吸收效应简介
6.2紫外激光击穿铜合金光谱自吸收特性
6.3可见激光击穿铜合金光谱自吸收特性
第7章LIBS增强方法
7.1空间约束增强
7.1.1自体空间约束增强
7.1.2激光熔穴LIBS增强
7.2长脉宽激光LIBS增强
第8章LIBS定量分析标准样品
8.1标准样品
8.2标准样品均匀性检验方法
8.2.1ASTM的材料均匀性检验方法
8.2.2单因素方差分析的均匀性检验方法
8.3标准样品的研制
8.3.1样品制作
8.3.2均匀性检验
8.3.3定值分析方法
8.3.4标准值及其不确定度
参考文献
附录A部分元素灵敏线表
附录B单因素方差分析F值下限值表
序言
前 言
本书是我们研究团队多年研究工作的总结。本书内容分为两篇：第1篇，新型激光器件；第2篇，激光诱导击穿光谱分析技术。
从1960年第一台激光器问世至今，激光技术已经渗透到几乎所有学科，并在多种领域中扮演着不可替代的角色。液晶激光器是一种将激光染料掺杂到液晶中，并利用光子禁带或多重散射提供光反馈的新型激光器。与传统激光器相比，液晶激光器的反馈直接分布于增益介质中，不需要额外加装谐振腔，容易实现微型化和光学系统集成化。当选用不同的激光染料时，其输出激光波长范围涵盖了紫外、可见、红外区域。液晶材料对外界温度、电磁场和应力变化非常敏感，液晶分子能改变其分子排列对外部条件做出迅速响应。通过改变外界温度、电磁场和外界压力等因素可以实现对液晶激光器输出波长的调谐。由于其特殊的结构和激发机制，液晶激光器具有可调谐、窄线宽、激发阈值低和尺寸微小等优点，这些优势使得液晶激光器在光学集成、激光显示、医学和光通信等领域具有巨大的应用前景。液晶激光器的研究是液晶研究领域的新方向，目前还未见到有关书籍。
第1篇为新型激光器件。第1章简介光子晶体、液晶以及研究光子禁带理论的研究方法。第2章、第3章、第4章详细论述液晶激光器的实验研究方法以及实验成果，并基于光子态密度理论和环形腔理论进行了深入分析，包括胆甾相液晶激光器、聚合物分散液晶薄膜激光器以及光子晶体光纤为载体的液晶随机激光器。第4章为大能量固体激光器研究，这是本书第1篇和第2篇的承上启下部分。
LIBS技术诞生得较早，它是随着20世纪60年代初激光器的发明而产生的，是激光技术和光谱分析技术的集成创新成果。LIBS分析技术是一种将（脉冲）激光聚焦于样品表面，当激光的强度高于样品的击穿阈值时即可产生等离子体光频辐射，利用光谱仪采集原子发射光谱（简称AES）信号，通过分析AES中元素对应的特征谱线的波长和强度从而确定样品的元素组成（定性分析）以及元素质量分数（定量分析）的光谱分析技术。LIBS技术在AES分析技术中能够使用单个脉冲激光实现对各种形态样品的取样、原子化和激发三个步骤的一次完成，因此相比于其他仪器分析方法具有以下技术优势：①分析速度快（无须进行处理样品）；②可进行接近无损的微区分析；③适合各种物态；④远程分析和原位分析。该技术从诞生至20世纪90年代中期，发展缓慢，LIBS的早期背景辐射较高、对样品的激发效果不佳、元素间效应较严重，表现为定量分析方法的精密度和准确度都较差。随着（微）电子技术的进步，在20世纪90年代中后期，特别是进入21世纪以来，各种电子感光元件的应用得到了推广，电子感光元件替代了感光板，光谱记录实现了实时采集和时间分辨光谱技术，时间分辨光谱技术使得LIBS的早期背景辐射对分析结果的影响大大降低，在一定程度上提高了LIBS定量分析水平，使得LIBS技术迅速地应用在多种领域。虽然LIBS技术有了较大的进步，但是相比于现有的成熟的AES分析技术还有一定差距：①现有的激光器对样品的激发效果仍然欠佳、光谱线自吸（和自蚀）仍然较严重，其光谱灵敏度仍有待增强、光谱自吸（和自蚀）仍须改善；②现有的LIBS定量分析方法的精密度和准确度仍然较差。目前LIBS技术研究方面主要集中在对各种领域的多种样品的LIBS常规分析和提高LIBS灵敏度及精密度方面。提高灵敏度方面的研究文献都集中在LIBS的各种增强方法，提高精密度方面的文献都集中在LIBS数据的处理方法。对于标准样品和被分析样品的微区不均匀性对分析结果精密度的影响鲜有研究报道，目前国内也没有适合于LIBS微区定量分析的国 家 级（或行业级）标准样品。针对目前的LIBS定量分析技术弱点，本书第2篇分别从LIBS自吸收效应和LIBS增强方法等方面开展实验研究；对于LIBS样品均匀性对分析结果精密度的影响问题，开展样品均匀性判断标准的理论和实验研究，开展LIBS微区分析标准样品研制方法研究。
第2篇主要论述了LIBS技术的基本原理、LIBS特性、定量分析方法、样品均匀性判定方法和标准样品研制方法。第5章阐述了LIBS定量分析技术，简述了LIBS分析现状、激光与样品的作用过程、LIBS等离子体性质及其影响因素；重点阐明了LIBS定量分析校准曲线的拟合方法、改进的标准加入法和光谱线背景较高时的背景内标法。第6章简述了LIBS自吸收效应，实验研究了紫外激光击穿铜合金光谱自吸收特性和可见激光击穿铜合金光谱自吸收特性。第7章简述了LIBS增强方法，实验研究了空间约束增强效应，重点研究了简便易行的自体空间约束增强效应、激光熔穴LIBS增强效应和单脉冲长脉宽激光LIBS增强效应。第8章阐明了标准样品对于LIBS定量分析准确度和精密度的影响；针对LIBS定量分析标准样品的均匀性检验方法进行了较详细的理论研究和实验研究；阐述了ASTM （American Society for Testing and Materials，美国材料与试验协会）的材料均匀性检验方法，并对其进行了较详细的评论；详细地阐明了单因素方差分析的均匀性检验方法，并从理论上提出了样品局部不均匀的判定依据，建立了样品局部不均匀的统计判定临界值的计算方法，并计算出了常见实验条件下的临界值表；最后阐明了LIBS标准样品的研制方法和应该遵循的通用规则。
本书作者的分工情况：第1章、第2章、第3章由乌日娜副教授撰写；第4章由岱钦教授撰写；第5章由徐送宁教授和宁日波教授撰写；第6章、第7章和第8章由宁日波教授撰写。
本书在撰写过程中得到了研究团队中的其他成员李业秋、吴杰、李勇、邬晓娇、李漫、李倩、姜冉、李传祥等人的大力协助，在此表示衷心的感谢！由于我们的水平有限，书中难免出现遗漏和错误，敬请读者不吝赐教。
文摘
版权页：
插图：
与国外相比，我国在LIBS技术方面的研究起步并不晚。早在1985年李维华等人在《光谱学与光谱分析》上发表了LIBS基体效应的研究报告。1989年中科院安徽光机所的王爱华、朱延彬等人实验研究LIBS方法的检出限为0.x%～0.0x%，定量分析的RSD（相对标准偏差）为7%。1994年安徽师范大学的陆同兴和崔执凤教授以Ar为缓冲气体，采用Nd：YAG激光烧蚀固体并测量了等离子体的时间分辨发射光谱。1994—2001年河北大学的郭庆林等人研究了LIBS分析在不同实验条件下的再现性和灵敏度，采用激光和辅助火花激发测定了硅酸盐样品中的镍等元素，研究了元素Ⅰ和S对激光发光等离子体中发射强度的增强效果。1995年核工业中南230研究所的沈景生利用二氧化碳激光器和高压火花发生器组成了新的光源。1998年云南大学的杨灿珠等人采用准分子激光器和光学多道分析仪采集了中低合金钢样的发射谱。2004年安徽师范大学的崔执凤、彭湘等人研究了环境气体的性质和压力对LIBS信号的影响以及LIBS信号的时间分辨特性，2006年在氦气、氩气、空气和真空等四种环境中，测定了铅黄铜中Ni、Fe两种杂质元素。2010年中科院沈阳自动化研究所孙兰香等人采用LIBS技术测定了合金钢中锰和硅的含量。2011年中科院安徽光机所刘文清、鲁翠萍等人研究了激光能量（50mJ）及重复频率（0.5～20Hz）对土壤等离子体特性的影响。
内容主要包括新型激光器件和激光诱导击穿光谱分析技术。除了介绍光子晶体、液晶的分类和结构。围绕LIBS，阐述了定量分析样品微区均匀性检验方法，及LIBS标准样品研制方法。
配有大量图表和实验数据。适合从事激光器件和LIBS分析等应用研究的工程技术人员、大专院校师生和实验人员参考。
作者简介
乌日娜，光电专业一线高校教师，主要研方向为光电材料与器件，激光技术及应用，同时参与过多项省部级科研项目并获奖。
目录
第1篇新型激光器件
第1章光子晶体概论
1.1光子晶体简介
1.1.1光子晶体的分类与结构
1.1.2光子晶体的特性
1.1.3光子晶体的理论研究方法
1.2光子晶体光子禁带的数值模拟
1.2.1一维光子晶体中光传输矩阵
1.2.2一维光子晶体的色散曲线
1.2.3不同介质材料对光子禁带的影响
1.2.4介质材料厚度比对光子禁带的影响
1.2.5入射角对光子禁带的影响
1.2.6周期数对光子禁带的影响
1.3液晶简介
1.3.1液晶的概念
1.3.2液晶的分类
1.3.3液晶的特性
1.4胆甾相液晶光子禁带的数值模拟
第2章胆甾相液晶激光器
2.1激光的产生
2.2染料掺杂液晶激光器
2.3温度调谐胆甾相液晶激光器实验研究
2.3.1正性液晶温度调谐胆甾相液晶激光器
2.3.2负性液晶温度调谐胆甾相液晶激光器
2.4电场调谐胆甾相液晶激光器实验研究
2.4.1器件结构设计及制作
2.4.2器件激光辐射特性测试分析
2.5空间位置调谐胆甾相液晶激光器实验研究
2.5.1楔形盒胆甾相液晶激光器
2.5.2楔形盒胆甾相液晶激光器优化
2.6光子态密度理论
2.6.1胆甾相液晶激光器光子态密度分布数值模拟
2.6.2温度调谐胆甾相液晶激光器光子态密度分布数值模拟
2.6.3空间位置调谐胆甾相液晶激光器光子态密度分布数值模拟
2.7薄膜型液晶激光实验研究
2.7.1构建于聚合物分散液晶薄膜的禁带末端激光辐射
2.7.2器件的设计及制作
2.7.3器件辐射特性测试分析
第3章液晶随机激光器
3.1随机激光理论简介
3.2光子晶体光纤中液晶随机激光辐射实验研究
3.2.1全反射型光子晶体光纤
3.2.2光子晶体光纤中液晶随机激光辐射
3.3构建于聚合物分散液晶膜的随机激光辐射实验研究
3.3.1聚合物分散液晶膜的制备
3.3.2随机激光阈值特性
3.3.3温度对随机激光辐射特性的影响
3.3.4宽波段随机激光辐射的实现
第4章光谱激发大能量固体激光器
4.1灯泵浦大能量固体激光器
4.1.12焦耳高光束质量脉冲激光器
4.1.2脉宽可调固体激光器
4.2LD脉冲泵浦被动调Q大能量全固态激光器
4.3高功率深紫外固体激光器
参考文献
第2篇激光诱导击穿光谱分析技术
第5章激光诱导击穿光谱分析技术概述
5.1激光诱导击穿光谱分析简介
5.2LIBS分析基础
5.2.1LIBS分析系统组成及分析方法概述
5.2.2激光与物质作用过程
5.2.3激光诱导等离子体及其性质
5.2.4发射谱线强度及其加宽
5.2.5LIBS的影响因素
5.3LIBS定量分析
5.3.1LIBS定量分析方法简介
5.3.2定量分析方法及其改进
第6章LIBS自吸收效应
6.1LIBS自吸收效应简介
6.2紫外激光击穿铜合金光谱自吸收特性
6.3可见激光击穿铜合金光谱自吸收特性
第7章LIBS增强方法
7.1空间约束增强
7.1.1自体空间约束增强
7.1.2激光熔穴LIBS增强
7.2长脉宽激光LIBS增强
第8章LIBS定量分析标准样品
8.1标准样品
8.2标准样品均匀性检验方法
8.2.1ASTM的材料均匀性检验方法
8.2.2单因素方差分析的均匀性检验方法
8.3标准样品的研制
8.3.1样品制作
8.3.2均匀性检验
8.3.3定值分析方法
8.3.4标准值及其不确定度
参考文献
附录A部分元素灵敏线表
附录B单因素方差分析F值下限值表
序言
前 言
本书是我们研究团队多年研究工作的总结。本书内容分为两篇：第1篇，新型激光器件；第2篇，激光诱导击穿光谱分析技术。
从1960年第一台激光器问世至今，激光技术已经渗透到几乎所有学科，并在多种领域中扮演着不可替代的角色。液晶激光器是一种将激光染料掺杂到液晶中，并利用光子禁带或多重散射提供光反馈的新型激光器。与传统激光器相比，液晶激光器的反馈直接分布于增益介质中，不需要额外加装谐振腔，容易实现微型化和光学系统集成化。当选用不同的激光染料时，其输出激光波长范围涵盖了紫外、可见、红外区域。液晶材料对外界温度、电磁场和应力变化非常敏感，液晶分子能改变其分子排列对外部条件做出迅速响应。通过改变外界温度、电磁场和外界压力等因素可以实现对液晶激光器输出波长的调谐。由于其特殊的结构和激发机制，液晶激光器具有可调谐、窄线宽、激发阈值低和尺寸微小等优点，这些优势使得液晶激光器在光学集成、激光显示、医学和光通信等领域具有巨大的应用前景。液晶激光器的研究是液晶研究领域的新方向，目前还未见到有关书籍。
第1篇为新型激光器件。第1章简介光子晶体、液晶以及研究光子禁带理论的研究方法。第2章、第3章、第4章详细论述液晶激光器的实验研究方法以及实验成果，并基于光子态密度理论和环形腔理论进行了深入分析，包括胆甾相液晶激光器、聚合物分散液晶薄膜激光器以及光子晶体光纤为载体的液晶随机激光器。第4章为大能量固体激光器研究，这是本书第1篇和第2篇的承上启下部分。
LIBS技术诞生得较早，它是随着20世纪60年代初激光器的发明而产生的，是激光技术和光谱分析技术的集成创新成果。LIBS分析技术是一种将（脉冲）激光聚焦于样品表面，当激光的强度高于样品的击穿阈值时即可产生等离子体光频辐射，利用光谱仪采集原子发射光谱（简称AES）信号，通过分析AES中元素对应的特征谱线的波长和强度从而确定样品的元素组成（定性分析）以及元素质量分数（定量分析）的光谱分析技术。LIBS技术在AES分析技术中能够使用单个脉冲激光实现对各种形态样品的取样、原子化和激发三个步骤的一次完成，因此相比于其他仪器分析方法具有以下技术优势：①分析速度快（无须进行处理样品）；②可进行接近无损的微区分析；③适合各种物态；④远程分析和原位分析。该技术从诞生至20世纪90年代中期，发展缓慢，LIBS的早期背景辐射较高、对样品的激发效果不佳、元素间效应较严重，表现为定量分析方法的精密度和准确度都较差。随着（微）电子技术的进步，在20世纪90年代中后期，特别是进入21世纪以来，各种电子感光元件的应用得到了推广，电子感光元件替代了感光板，光谱记录实现了实时采集和时间分辨光谱技术，时间分辨光谱技术使得LIBS的早期背景辐射对分析结果的影响大大降低，在一定程度上提高了LIBS定量分析水平，使得LIBS技术迅速地应用在多种领域。虽然LIBS技术有了较大的进步，但是相比于现有的成熟的AES分析技术还有一定差距：①现有的激光器对样品的激发效果仍然欠佳、光谱线自吸（和自蚀）仍然较严重，其光谱灵敏度仍有待增强、光谱自吸（和自蚀）仍须改善；②现有的LIBS定量分析方法的精密度和准确度仍然较差。目前LIBS技术研究方面主要集中在对各种领域的多种样品的LIBS常规分析和提高LIBS灵敏度及精密度方面。提高灵敏度方面的研究文献都集中在LIBS的各种增强方法，提高精密度方面的文献都集中在LIBS数据的处理方法。对于标准样品和被分析样品的微区不均匀性对分析结果精密度的影响鲜有研究报道，目前国内也没有适合于LIBS微区定量分析的国 家 级（或行业级）标准样品。针对目前的LIBS定量分析技术弱点，本书第2篇分别从LIBS自吸收效应和LIBS增强方法等方面开展实验研究；对于LIBS样品均匀性对分析结果精密度的影响问题，开展样品均匀性判断标准的理论和实验研究，开展LIBS微区分析标准样品研制方法研究。
第2篇主要论述了LIBS技术的基本原理、LIBS特性、定量分析方法、样品均匀性判定方法和标准样品研制方法。第5章阐述了LIBS定量分析技术，简述了LIBS分析现状、激光与样品的作用过程、LIBS等离子体性质及其影响因素；重点阐明了LIBS定量分析校准曲线的拟合方法、改进的标准加入法和光谱线背景较高时的背景内标法。第6章简述了LIBS自吸收效应，实验研究了紫外激光击穿铜合金光谱自吸收特性和可见激光击穿铜合金光谱自吸收特性。第7章简述了LIBS增强方法，实验研究了空间约束增强效应，重点研究了简便易行的自体空间约束增强效应、激光熔穴LIBS增强效应和单脉冲长脉宽激光LIBS增强效应。第8章阐明了标准样品对于LIBS定量分析准确度和精密度的影响；针对LIBS定量分析标准样品的均匀性检验方法进行了较详细的理论研究和实验研究；阐述了ASTM （American Society for Testing and Materials，美国材料与试验协会）的材料均匀性检验方法，并对其进行了较详细的评论；详细地阐明了单因素方差分析的均匀性检验方法，并从理论上提出了样品局部不均匀的判定依据，建立了样品局部不均匀的统计判定临界值的计算方法，并计算出了常见实验条件下的临界值表；最后阐明了LIBS标准样品的研制方法和应该遵循的通用规则。
本书作者的分工情况：第1章、第2章、第3章由乌日娜副教授撰写；第4章由岱钦教授撰写；第5章由徐送宁教授和宁日波教授撰写；第6章、第7章和第8章由宁日波教授撰写。
本书在撰写过程中得到了研究团队中的其他成员李业秋、吴杰、李勇、邬晓娇、李漫、李倩、姜冉、李传祥等人的大力协助，在此表示衷心的感谢！由于我们的水平有限，书中难免出现遗漏和错误，敬请读者不吝赐教。
文摘
版权页：
插图：
与国外相比，我国在LIBS技术方面的研究起步并不晚。早在1985年李维华等人在《光谱学与光谱分析》上发表了LIBS基体效应的研究报告。1989年中科院安徽光机所的王爱华、朱延彬等人实验研究LIBS方法的检出限为0.x%～0.0x%，定量分析的RSD（相对标准偏差）为7%。1994年安徽师范大学的陆同兴和崔执凤教授以Ar为缓冲气体，采用Nd：YAG激光烧蚀固体并测量了等离子体的时间分辨发射光谱。1994—2001年河北大学的郭庆林等人研究了LIBS分析在不同实验条件下的再现性和灵敏度，采用激光和辅助火花激发测定了硅酸盐样品中的镍等元素，研究了元素Ⅰ和S对激光发光等离子体中发射强度的增强效果。1995年核工业中南230研究所的沈景生利用二氧化碳激光器和高压火花发生器组成了新的光源。1998年云南大学的杨灿珠等人采用准分子激光器和光学多道分析仪采集了中低合金钢样的发射谱。2004年安徽师范大学的崔执凤、彭湘等人研究了环境气体的性质和压力对LIBS信号的影响以及LIBS信号的时间分辨特性，2006年在氦气、氩气、空气和真空等四种环境中，测定了铅黄铜中Ni、Fe两种杂质元素。2010年中科院沈阳自动化研究所孙兰香等人采用LIBS技术测定了合金钢中锰和硅的含量。2011年中科院安徽光机所刘文清、鲁翠萍等人研究了激光能量（50mJ）及重复频率（0.5～20Hz）对土壤等离子体特性的影响。
| ISBN | 7121304082,9787121304088 |
|---|---|
| 出版社 | 电子工业出版社 |
| 作者 | 乌日娜 |
| 尺寸 | 16 |