光譜指紋與光譜指紋采集者-LIBS技術(shù)與調(diào)Q納秒激光器

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)是一種成熟的分析原子發(fā)射光譜技術(shù),，可用于各種樣品的元素分析,。憑借其精準的檢測水平，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),，包括食品行業(yè),、土壤分析、合金分析等等,。

其原理為LIBS通過直接測量樣品燒蝕產(chǎn)生的等離子體發(fā)射來分析樣品,，提供一個即時的光譜指紋，代表其元素組成,。

在2017年,，S. Moncayo1[1]等人采用一種基于激光誘導(dǎo)擊破光譜(LIBS)的快速、低成本的牛奶摻假質(zhì)量控制,、溯源和檢測方法,。研究了三聚氰胺摻假嬰幼兒奶粉中三聚氰胺含量的定量分析。討論了利用LIBS技術(shù)結(jié)合化學(xué)計量分析在食品工業(yè)中進行乳制品質(zhì)量控制的潛在用途,。

在此研究中,，LIBS技術(shù)使用調(diào)Q Nd:YAG激光器，工作波長為1064 nm,，脈沖持續(xù)時間為4 ns,，樣品放置在X-Y-Z手動微量定位器上，用100mm焦距透鏡將激光束聚焦在顆粒表面,，產(chǎn)生直徑為170µm的光斑,。使用光譜儀進行分析，光譜范圍為190 ~ 450 nm(光譜分辨率為0.1 nm),。激光脈沖能量固定為100 mJ,，重復(fù)頻率為1 Hz。激光脈沖后延遲2.5µs獲得LIBS光譜,。圖1所示 LIBS光譜檢測了其中所含元素,。

圖1 [1] LIBS定量檢測在230 ~ 450 nm區(qū)域光譜分析

在2017年，Hira Shakeel[2]等人采用標定自由激光誘導(dǎo)擊穿光譜(CF-LIBS)對標準鋁硅合金進行了定量分析,。利用Nd:YAG激光器的基頻(1064nm)產(chǎn)生等離子體,，并在3.5us探測器柵極延遲下記錄了發(fā)射光譜。發(fā)射光譜定性分析證實合金中存在Mg,、Al,、Si、Ti,、Mn,、Fe、Ni、Cu,、Zn,、Sn和Pb。利用等離子體溫度和各元素的自吸收校正發(fā)射譜線測定了合金中各元素的濃度,。

實驗采用調(diào)Q Nd:YAG激光器，工作波長為1064 nm,，能量為30-200mJ,，脈沖持續(xù)時間為9 ns，重復(fù)頻率為10 Hz,，在樣品表面產(chǎn)生等離子體,。激光脈沖能量由Nd: YAG激光系統(tǒng)中的內(nèi)置設(shè)備改變，并使用能量計在63%的穩(wěn)定度內(nèi)進行監(jiān)測,。圖2所示 LIBS光譜,。

圖2 [2] 合金樣品在230 ~ 290 nm區(qū)域時單脈沖LIBS光譜分析

在2009年，S. Pandhija[3]等人采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)和免校準LIBS (CF-LIBS)技術(shù)對環(huán)境樣品中Cd,、Co,、Pb、Zn,、Cr等有毒重金屬元素進行了檢測和定量,。記錄了不同濃度有毒元素(Cd、Zn)的標準土壤樣品的LIBS光譜,。

實驗裝置由調(diào)Q Nd:YAG激光器,、光譜儀、光纖束,、透鏡,、平移臺和計算機組成。采集門延遲為1.5µs,，在200-350 nm的光譜范圍內(nèi)記錄了土壤顆粒的LIBS光譜,。圖3所示的LIBS光譜清楚地顯示了大量元素的存在，即Si,、Ti,、Al、Fe,、K,、Mg、Ca,、Cd,、Co、Cr、Mn,、P,、Sn、Sr,、V,、W、Na,、Pb,、Cu等。

圖3[3] 土壤樣品在200 ~ 350 nm區(qū)域的光譜顯示重金屬譜線

LIBS技術(shù)通過采集待測樣品的光譜指紋,，分析其元素組成,；you秀的分析方法，離不開you秀的激光器設(shè)備,，昊量光電推出調(diào)Q納秒激光器適用但不局限于激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù),。

下面對納秒激光器產(chǎn)品進行詳細的介紹：

1.Q1激光器

Q1激光器，其中主要特點為重復(fù)頻率可調(diào)0-10/20/50Hz,，激光在10Hz脈沖重復(fù)率下可產(chǎn)生高達40mJ的脈沖能量,，在50 Hz脈沖重復(fù)頻率下可產(chǎn)生高達10 mJ的脈沖能量。激光器可以配置為分別從 Nd：YLF 或 Nd：YAG 激光晶體發(fā)射1053nm或1064 nm 波長,。Q1激光器搭配H1倍頻器搭配可產(chǎn)生波段為526.5/532nm,351/355nm,，263/266nm,211/213nm單波段光源。

圖4為Q1激光器與Q1激光器搭配H1倍頻器圖片示例,。

由于Nd：YLF晶體的熱特性,，在1053 nm處，激光器可以從單次脈沖到zui大脈沖重復(fù)率工作,，而不會對光束發(fā)散度或輪廓產(chǎn)生顯著變化,。激光束的低發(fā)散度允許使用可選的 H1系列諧波發(fā)生器模塊有效地轉(zhuǎn)換為諧波波長。Q1是一款緊湊,、節(jié)能,、二極管泵浦、風冷,、調(diào)Q激光器,，專為需要高峰值功率脈沖的廣泛應(yīng)用而設(shè)計。

2.Q2/Q2HE激光器

Q2激光器,，其中主要特點:重復(fù)頻率固定為10Hz/20Hz/33.3Hz/100Hz/200Hz,激光在10Hz脈沖重復(fù)率下可產(chǎn)生高達80mJ的脈沖能量,，在100 Hz脈沖重復(fù)頻率下可產(chǎn)生高達10 mJ的脈沖能量。Q2激光器搭配Hsmart倍頻器搭配可產(chǎn)生波段為526.5/532nm,351/355nm,，263/266nm,211/213nm單波段光源,。

Q2HE激光器,，其中主要特點：重復(fù)頻率固定為10Hz/20Hz/50Hz/100Hz,能夠產(chǎn)生比Q2更高的能量，具有高達120 mJ 脈沖能量和/或高達5 W平均輸出功率的高質(zhì)量激光束,。Q2HE激光器搭配H-SMART倍頻器搭配可產(chǎn)生波段為526.5/532nm,351/355nm,，263/266nm,211/213nm單波段光源。

圖5為Q2激光器與Q2HE激光器圖片示例,。

Q2系列二極管泵浦,，wan 全風冷，調(diào)Q激光器設(shè)計用于需要高峰值功率脈沖的廣泛應(yīng)用,。內(nèi)置同步脈沖發(fā)生器,，并具有短腔配置，與標準配置相比,，在短腔配置中脈沖持續(xù)時間可以減少50%。脈沖能量高達60mj時,，脈沖峰值功率可達30mw以上,。

3. Q-Double/Q-Sparkle/Q-Shift激光器

Q-Double激光器，它的主要特點為：產(chǎn)生具有可變時間間隔的兩個脈沖,。它的目標應(yīng)用是PIV(粒子圖像測速),，LIBS(激光誘導(dǎo)擊穿光譜)。在10 Hz脈沖重復(fù)頻率下,，激光器的總脈沖能量可配置為高達160 mJ,，在100 Hz重復(fù)頻率下產(chǎn)生高達40 mJ的脈沖能量。脈沖持續(xù)時間為 5-10 ns,，時間間隔10 ns – 100 ms,。Q-DOUBLE兼容H-SMART倍頻器。

圖6為Q-Double激光器與Q-Double激光器部分參數(shù)圖片示例,。

Q-Sparkle激光器,，它的主要特點為：專為需要亞納秒或納秒脈沖應(yīng)用而設(shè)計，在1064 nm處高達 20 mJ 的脈沖能量,，高達 20 MW 的峰值功率,。

其中，無Q-開關(guān) Q-SPARK 版本可配置為產(chǎn)生短至750 ps且脈沖能量超過5 mJ的脈沖,。E-O Q開關(guān)版本可提供高達20 mJ的激光,，通過內(nèi)置Web服務(wù)器通過以太網(wǎng)端口進行監(jiān)控和控制。提供API以與用戶設(shè)備集成,。

圖7為Q-Sparkle激光器與Q-Sparkle激光器部分參數(shù)圖片示例,。

Q-Shift激光器,它的主要特點為：Q-SHIFT是一系列調(diào)Q激光器，具有內(nèi)置的非線性波長轉(zhuǎn)換臺,，可以產(chǎn)生傳統(tǒng)固態(tài)激光器無法獲得的波長,。

圖8為Q-Shift激光器1163nm波段與1177nm波段部分參數(shù)圖片示例,。

圖9為Q-Shift激光器1300nm波段與1377nm波段部分參數(shù)圖片示例。

圖10為Q-Shift激光器1551±1nm波段與1571±1nm波段部分參數(shù)圖片示例,。

當Q-SHIFT激光器與我們的可連接SHG或獨立的H-SMART諧波發(fā)生器結(jié)合使用時,，可提供可見波長（藍色,，黃色和紅色）的高峰值強度脈沖?？僧a(chǎn)生波段為581.5/588.5nm,388/392nm,291/294nm;650/658.5nm,433/439nm,325/329nm;775.5/785.5nm;517/524nm;388/393nm,。

4. Q-tune/Q-tune G/Q-tune HR/Q-tune IR激光器

Q-TUNE系列激光器，它的主要特點為使用光學(xué)參量振蕩器（OPO）產(chǎn)生可調(diào)波長,，線寬窄至6 cm-1,?？蛇x的二次諧波發(fā)生器將調(diào)諧范圍擴展到 210-410 nm，線寬窄至12 cm-1,。所有激光電子設(shè)備都集成到Q-TUNE的外殼中，唯yi的外部模塊是電源適配器,，提供12 VDC, 20 - 50 W功率(取決于型號)。

除了可調(diào)諧的波長輸出外,，Q-TUNE還提供旁路端口,，用于訪問泵浦激光束,?？筛鶕?jù)要求提供的可選擴展,，用于監(jiān)測OPO波長和線寬的緊湊型光譜儀,。

表2為Q-Shift激光器1551±1nm波段與1571±1nm波段部分參數(shù)示例,。

5.調(diào)Q納秒激光器的優(yōu)勢

昊量光電推出Nd:YAG和Nd:YLF風冷,、無水調(diào)Q納秒激光器，可以在平均功率高達5 W的情況下產(chǎn)生每脈沖能量高達120 mJ的納秒脈沖,。氣冷,、無水且經(jīng)濟高效的解決方案，適用于廣泛的應(yīng)用,，包括LIBS,、LIDAR、TOFS,、微機械加工等,。

應(yīng)用領(lǐng)域包括：

激光誘導(dǎo)熒光(LIBS)

激光打標激光燒蝕

光聲成像屏幕修復(fù)飛行時間光譜(TOFS)

光致發(fā)光(LIF) 

閃光光解質(zhì)譜激光解離(MALDI)

激光脈沖沉積(PLD)

激光雷達

遙感(LIDAR)

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