激光诱导击穿光谱(LABS,Laser Induced Brcakdown Spectroscopy)是一种新的元素分析工具。利用高能脉冲激光照射样品,使被照射区域的温度急剧升高,导致样品局部气化并使气化的原子和分子电离或处于激发态,从而在照射区域附近形成等离子体羽辉,这就是所谓的激光诱导击穿。当处于激发态的原子或离子从高能态跃迁到低能态时,将发射出与这些元素对应的特定波长的光。因此,通过收集样品因激光诱导击穿而产生的等离子体发射出来的光谱就可对样品进行定性以及定量的元素分析。与传统的测试技术相比,激光诱导击穿光谱有诸多优点。首先,LIBS是一种全元素分析工具,可以测量所有元素;其次,LIBS对样品的形态没有要求,适用性广,可以直接对固体、液体、气体可以进行测试;第三,LIBS对样品的制备要求低,不需要对样品进行任何预处理;第四,LIBS的取样范围很小,对样品的其他部分没有损伤;第五,LIBS的测试速度快,且可同时进行多元素分析;第六,LIBS可进行远程实时检测。由于激光诱导击穿光谱技术的诸多优点,它在环境监测、实验分析、军事技术、生物医学研究、反恐安全等各种领域都有广阔的利用前景。它既可以成为实验室的日常分析测试方法,也可用于工业生产工艺流程中的实时分析、实时质量监控,还可用于环境、大气、海洋、太空以及危险区域的污染检测等。　　 本文对LIBS的工作原理、历史进行了综述,并自制了一台可以对固体、液体和气体样品进行分析测试的LIBS谱仪,并在此基础上对LIBS的应用进行了研究。例如,我们利用自行设计制造的激光诱导击穿光谱设备对常见的金属(如铁、铜、铝、锡等)进行了定性检测研究,发现金属样品很容易被检测出来;利用激光诱导击穿光谱技术对天然岩石进行了成分分析,发现其含有钙、钾等元素;利用激光束斑小的特点,LIBS还可以用于选点分析,对同一岩石不同位置以及不同岩石进行了对比分析研究,成功的检测出同一岩石不同位置以及不同岩石之间元素含量以及元素种类的不同。特别是我们利用LIBS测试了重掺硅中的氧含量,解决了因为自由载流子吸收不能利用傅立叶红外光谱仪分析重掺硅中氧含量的技术难题,并提出了利用LIBS测量硅中氧含量的经验公式。　　 在激光诱导击穿光谱技术的研究中,激光与物质的相互作用、等离子体产生的具体过程、等离子体的扩展以及等离子体的温度密度计算等研究还没有定论。本文利用聚焦激光焦点处对空气的击穿来研究等离子体的电子温度和密度,从而消除了研究一般样品的等离子体而可能引入的激光入射角度、位置等的影响。利用波尔兹曼法和斯塔克展宽计算了等离子体的电子温度和密度,得到电子的温度和密度分别为19850K和2.37×1016cm-3。对大气和真空中铝的等离子体进行了对比研究,发现真空中出现了Al III发射峰。这是由于真空中氧气氮气分压的降低,使铝的等离子体的冷却时间变长,从而平均温度升高而使得铝的电离率升高造成的。　　 由于激光诱导击穿光谱技术不受样品导电率的影响,因此可以测量绝缘的陶瓷样品。本论文利用LIBS对硅酸锌陶瓷进行了成分分析,成功检测出硅酸锌陶瓷中的微量锰、铜、钛等掺杂和非掺杂杂质元素。在对硅酸锌陶瓷的定量分析时发现对于硅和锌这类发射系数相差很大的元素,其受等离子体自吸收等的影响程度不同,导致利用不同硅锌发射峰得到的定标曲线不同。为了减少基体效应对定量分析的影响,应尽可能选择强度差别不大的谱线。　　 利用激光诱导击穿光谱研究了硅单晶的等离子体,并检测了硅单晶中的杂质元素。重掺硅单晶中氧含量的定量分析是大规模集成电路工业中非常重要,但又没有简单有效检测方法的技术难题。本文利用激光诱导击穿光谱与红外吸收谱的比较制作了利用激光诱导击穿光谱检测硅中氧含量的定标曲线,并利用定标曲线成功的检测了重掺硅单晶中的氧含量,并进一步检测了重掺硅单晶中氧含量的深度分布,很好地解决了重掺硅中氧含量的测量问题。