光譜指紋與光譜指紋采集者-LIBS技術(shù)與調Q納秒激光器

激光誘導擊穿光譜(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L(cháng)IBS通過(guò)直接測量樣品燒蝕產(chǎn)生的等離子體發(fā)射來(lái)分析樣品，提供一個(gè)即時(shí)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)結合化學(xué)計量分析在食品工業(yè)中進(jìn)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Q Nd:YAG激光器，工作波長(cháng)為1064 nm，脈沖持續時(shí)間為4 ns，樣品放置在X-Y-Z手動(dòng)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(jìn)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區域光譜分析

在2017年，Hira Shakeel[2]等人采用標定自由激光誘導擊穿光譜(CF-LIBS)對標準鋁硅合金進(jìn)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(shí)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(xiàn)測定了合金中各元素的濃度。

實(shí)驗采用調Q Nd:YAG激光器，工作波長(cháng)為1064 nm，能量為30-200mJ，脈沖持續時(shí)間為9 ns，重復頻率為10 Hz，在樣品表面產(chǎn)生等離子體。激光脈沖能量由Nd: YAG激光系統中的內置設備改變，并使用能量計在63%的穩定度內進(jìn)行監測。圖2所示 LIBS光譜。

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

在2009年，S. Pandhija[3]等人采用激光誘導擊穿光譜(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(jìn)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(shí)驗裝置由調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(mén)延遲為1.5µs，在200-350 nm的光譜范圍內記錄了土壤顆粒的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區域的光譜顯示重金屬譜線(xiàn)

LIBS技術(shù)通過(guò)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(kāi)you秀的激光器設備，昊量光電推出調Q納秒激光器適用但不局限于激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術(shù)。

下面對納秒激光器產(chǎn)品進(jìn)行詳細的介紹：

1.Q1激光器

Q1激光器，其中主要特點(diǎn)為重復頻率可調0-10/20/50Hz，激光在10Hz脈沖重復率下可產(chǎn)生高達40mJ的脈沖能量，在50 Hz脈沖重復頻率下可產(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(cháng)。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大脈沖重復率工作，而不會(huì )對光束發(fā)散度或輪廓產(chǎn)生顯著(zhù)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)生器模塊有效地轉換為諧波波長(cháng)。Q1是一款緊湊、節能、二極管泵浦、風(fēng)冷、調Q激光器，專(zhuān)為需要高峰值功率脈沖的廣泛應用而設計。

2.Q2/Q2HE激光器

Q2激光器，其中主要特點(diǎn):重復頻率固定為10Hz/20Hz/33.3Hz/100Hz/200Hz,激光在10Hz脈沖重復率下可產(chǎn)生高達80mJ的脈沖能量，在100 Hz脈沖重復頻率下可產(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(diǎn)：重復頻率固定為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(fēng)冷，調Q激光器設計用于需要高峰值功率脈沖的廣泛應用。內置同步脈沖發(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時(shí)間可以減少50%。脈沖能量高達60mj時(shí)，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(diǎn)為：產(chǎn)生具有可變時(shí)間間隔的兩個(gè)脈沖。它的目標應用是PIV(粒子圖像測速)，LIBS(激光誘導擊穿光譜)。在10 Hz脈沖重復頻率下，激光器的總脈沖能量可配置為高達160 mJ，在100 Hz重復頻率下產(chǎn)生高達40 mJ的脈沖能量。脈沖持續時(shí)間為 5-10 ns，時(shí)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激光器部分參數圖片示例。

Q-Sparkle激光器，它的主要特點(diǎn)為：專(zhuān)為需要亞納秒或納秒脈沖應用而設計，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(wú)Q-開(kāi)關(guān) Q-SPARK 版本可配置為產(chǎn)生短至750 ps且脈沖能量超過(guò)5 mJ的脈沖。E-O Q開(kāi)關(guān)版本可提供高達20 mJ的激光，通過(guò)內置Web服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)端口進(jìn)行監控和控制。提供API以與用戶(hù)設備集成。

圖7為Q-Sparkle激光器與Q-Sparkle激光器部分參數圖片示例。

Q-Shift激光器,它的主要特點(diǎn)為：Q-SHIFT是一系列調Q激光器，具有內置的非線(xiàn)性波長(cháng)轉換臺，可以產(chǎn)生傳統固態(tài)激光器無(wú)法獲得的波長(cháng)。

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

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

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)生器結合使用時(shí)，可提供可見(jiàn)波長(cháng)（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(diǎn)為使用光學(xué)參量振蕩器（OPO）產(chǎn)生可調波長(cháng)，線(xiàn)寬窄至6 cm-1?？蛇x的二次諧波發(fā)生器將調諧范圍擴展到 210-410 nm，線(xiàn)寬窄至12 cm-1。所有激光電子設備都集成到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)。

除了可調諧的波長(cháng)輸出外，Q-TUNE還提供旁路端口，用于訪(fǎng)問(wèn)泵浦激光束?？筛鶕筇峁┑目蛇x擴展，用于監測OPO波長(cháng)和線(xiàn)寬的緊湊型光譜儀。

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

5.調Q納秒激光器的優(yōu)勢

昊量光電推出Nd:YAG和Nd:YLF風(fēng)冷、無(wú)水調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(wú)水且經(jīng)濟高效的解決方案，適用于廣泛的應用，包括LIBS、LIDAR、TOFS、微機械加工等。

應用領(lǐng)域包括：

激光誘導熒光(LIBS)

激光打標激光燒蝕

光聲成像屏幕修復飛行時(shí)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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