基于Voigt函数拟合的离子激发发光光谱分峰方法

作     者：赵国强 仇猛淋 张金福 王庭顺 王广甫 ZHAO Guo-qiang;QIU Meng-lin;ZHANG Jin-fu;WANG Ting-shun;WANG Guang-fu

作者机构：北京师范大学核科学与技术学院射线束教育部重点实验室北京100875 北京市辐射中心北京100875 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2022年第42卷第11期

页      面：3512-3518页

核心收录：

学科分类：07[理学] 0703[理学-化学] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 0701[理学-数学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目(11905010) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2018NTST04)资助 

主　　题：离子激发发光 Voigt函数拟合 谱线展宽 光谱学 

摘      要：离子激发发光(IBIL)分析作为一种实时原位的光谱分析技术,由于其对样品内部结构的敏感性,给我们分析样品光谱谱峰信息带来了一定的困难。为了准确地对离子激发发光能谱进行分峰以便更加清晰地判断材料内部不同缺陷的发光中心,提出了一种利用Voigt函数,通过L-M(levenberg-marquardt)非线性最小二乘算法对100和200 K温度时ZnO的IBIL能谱中深能级发射(DBE)峰进行分峰的方法。通过对比Gauss函数和Voigt函数对能谱拟合后峰位随注量的波动情况,发现使用Voigt函数拟合得到的峰位更加稳定,并且收敛速度更快。同时通过对使用Voigt函数拟合后得到的峰中心位于1.75,1.95和2.10 eV三个子峰的高斯函数半高宽与洛伦兹函数半高宽比较,发现洛伦兹函数半高宽约为高斯函数半高宽的1/10,而且100 K时的1.95 eV峰,200 K时1.75和1.95 eV峰,其洛伦兹峰半高宽数值为10^(-10)量级以下,说明其中非均匀展宽(高斯展宽)仍然是谱峰展宽的主要机制;而电子与声子散射作用是洛伦兹展宽的主要机制。对于涉及导带中大量电子的2.10 eV子峰,其在200 K时洛伦兹函数半高宽明显大于100 K时,由于在温度较高时,由于晶格热振动加剧,且电子热运动加强,增大了散射概率,导致电子与声子的散射作用加强,从而对洛伦兹谱线进一步展宽。而峰中心位于1.75 eV的红光,其主要与V_(Zn)相关,在100 K时其子峰的洛伦兹半高宽为0.02 eV,但在200 K时变得极小,这可能是由于100 K时V_(Zn)束缚的电子或激子在200 K获得足够的热动能摆脱了V_(Zn)束缚,减弱了与周围的晶格的散射作用,从而使得洛伦兹展宽变得极弱。实验结果表明Voigt函数更加适用于IBIL能谱拟合分峰,这也为以后IBIL技术应用于其他材料内部结构能谱分析提供了可借鉴的依据。