激光诱导击穿
飞秒激光诱导水光学击穿阈值
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ ＮＤ ＰＡ Ｒ ＴＩ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
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文 章 编 号 ： １ ０ ３ ２ ２ １ ） １０ ４ ４ ０ １４ ２ （ ０பைடு நூலகம்０ ０ — ０ ９０
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拟 ， 究 了激 光在 水 中产生 光 学 击 穿 时 的 阂值 光 强 、 研 激光 等离 子 体 的 吸 收 系数 和 能 量 分 布 等 问题 。２ ０ ０ ２年 ，
Ｆ ｎ等人 提 出了一个 新 的飞秒 击穿 模型 ， ａ 有效 地计 算 了包括 时 间 和空 间在 内 的击 穿 区域 自由 电子 密度 的演 化情 况 ， 数值 模拟 出 的阈值光 强 较 Ｎｏ ｃ ａｋ等 人 的结果 与 实验 结 果 吻合 更好 。２ ０ ０ ８年 ， 们 基 于飞 秒 激光 脉 冲 我 在焦点 区域 的成形 特征 和 自由电子演化 的速率方 程 ， 过对 方程 中电子扩散 速率 和雪 崩速率 的修 正 ， 出 了适 通 提 用 于飞 秒激 光诱导 水光 学击穿 的椭 球体 （ Ｔ ） Ｅ Ｓ 模型 ， 结 果较 以上两 者 都更 好 地 与 实验 结 果 吻合 。本 文在 该 ］ Ｅ ＴＳ模 型 的基 础上 ， 通过 对 自由电子速 率方 程 中各量 表达式 的分 析 与讨 论 ， 行 数值 模 拟实 验 ， 到 了 飞秒激 进 得 光 诱导 的光 学击穿 阈值 （ 光强 、 率 、 量 、 照 曝光量 和 电场强度 ） 功 能 辐 随激光脉 冲参 数 （ 宽 、 长 和光斑 尺寸 ） 脉 波 的
激光诱导击穿光谱技术在煤炭工业中的应用
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激光诱导击穿光谱技术在光谱数据的增强和定量分析上的基础研究
激光诱导击穿光谱技术在光谱数据的增强和定量分析上的基础
研究
彭颖婕;陈建军
【期刊名称】《现代仪器与医疗》
【年(卷),期】2024(30)1
【摘要】激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)是一种通过脉冲激光聚焦样品产生等离子体,对等离子体发射光谱进行分析进而得到物质成分和含量的一种原子发射光谱技术。
LIBS由于其成本低、适用范围广、样品无需复杂的预处理、检测速度快且可实现原位检测等特点成为了元素分析的一大热门,在工业、环境保护、生物医学、珍贵物品鉴定、军事等领域都有着很
好的应用前景。
但在分析元素种类与含量时,对光谱结果的分析常会受到基体效应、自吸收效应、等离子体屏蔽效应等因素的影响,使得提高LIBS技术的精确度成为了一大议题。
本文基于LIBS的简介和基本原理和技术优点,详细分析了LIBS现阶段
存在的问题及光谱增强的途径,并综述了定量分析的指标和方法,为LIBS更精确的检测提供了更多途径。
【总页数】8页(P50-57)
【作者】彭颖婕;陈建军
【作者单位】新疆医科大学公共卫生学院;新疆医科大学医学工程技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH77;TN249
【相关文献】
1.飞秒激光诱导击穿光谱技术对石墨中钍的定量分析
2.基于激光诱导击穿光谱技术定量分析煤中元素的研究
3.基于激光诱导击穿光谱技术的录井岩屑多元素定量分析方法(特邀)
4.基于激光诱导击穿光谱的氢同位素定量分析技术研究
5.飞秒-纳秒双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对合金的定量分析
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激光波长对水中金属元素激光诱导击穿光谱探测的影响
离 ｒ 为 ２ ５ｃ 激光入水传输距离为 ｎ一１ｃ 击穿点位 于 ｏ ． ｍ， ｍ， 溶 液表 面下方约 ２ｃ 处。等离子体辐射通过焦 距为 ６ｃ 的 ｍ ｍ 收集透镜 、 光纤耦合到光 谱仪 中（ ｔｎ ｐｃｒｐｏ２ ０ ｉ， Ａｃｏ ，Ｓ ｅｔａｒ－５０） 光谱仪狭缝 宽度 ５ ｍ，采用刻痕 密度为 １２０ｇ・ ０Ｆ ０ ｍｍ 的 光栅分光 。 使用两套相对独立 的探测系统针对 不同需要分 别
用于光谱信号的探测 ： Ｃ Ｐ ｉｃｔｎＩｓｒｍｅｔ， ｐｃ１ ： Ｃ Ｄ（ ｒ ｅｏ ｔｕ ｎｓ Ｓ ｅ－０ ｎ ｎ
有独特 的优势 ，在传输距 离很 短的条件下 ， ３ ｎ激光 的水 ５ ２Ｄ Ａ
收稿 日期 ：２ １－７２ 。 ０ １０ —５ 修订 日期 ：２ １—０１ ０ １１ —５
下 ＬＢ Ｉ Ｓ仍然 不如 １０ ４ｎ ６ ｒ ｎ激光诱导 的 Ｉ Ｂ Ａ Ｓ探测 效果 ＿１ 。 ｇ０ ＇ｊ
引 言
对海洋进行原位 、 时、连续探测 已经逐步 成为开展 海 实 洋研究 ， 尤其是 在海洋 资源开发 和异常海洋 环境监测 的重要
为了对这两种波长激发下的水下 ｕＢ Ｓ光谱探测有 个较详 尽
的比较 ， 本文选择水 中 ｃ 元素为探测对象 ， １０ ４和 ５ ２ ａ 对 ６ ３ ｎｌ ｌ 两个激发波长下水 中 Ｌ Ｂ Ｔ ＩＳ光谱特性进行探测分析 ，以 比 较 其烧蚀效果 ；考虑光在水 中的传输特性 ， 立激光 能量与 建
探测距离 的关 系 ，以模 拟 分 析 这 两 个 波 长 激 光 用 于 水 下 ＵＢ Ｓ探测 的适应距离范围。
发展趋势 ，是在海洋领 域竞争 中取得优势 的关键 。激光诱 导
击穿光谱 （ ｓｒｉ ｕｅ ｒａｄ ｗｎｓｅｔ ｓｏ ｙ ＩＳ 技术 １ ｅ ｄ ｃｄｂｅｋ ｏ ｐ ｃｒ ｃｐ ，Ｌ Ｂ ） ａ ｎ ｏ
激光诱导击穿光谱科学技术
激先去f光谱科t技术清华大学能源与动力工程系2019年7月6~7日，激光诱导击穿光谱(LIBS)科学技术研讨会暨第一届国际LIBS峰会在北京顺 利召开。
会议由清华大学能源与动力工程系、电力系 统国家重点实验室及中国光学工程学会中国LIBS 专业委员会联合主办。
清华大学王哲教授担任大会 主席，清华大学金国藩院士、倪维斗院士出席会议并 致辞。
会议吸引了来自中国、美国、加拿大、意大利、西班牙、印度及巴基斯坦等国家和地区的148位专 家学者参会，并得到了美国光学学会(OSA)及国内 多家赞助商的大力支持。
此次会议共举办4场大会 主题报告和5场邀请报告，内容主要集中于LIBS基 础研究及相关应用研究。
会议设置了充足的讨论时 间，旨在为参会者提供与顶级LIBS科学家直接交流 的机会,加深对LIBS技术的理解，提升研究能力。
同 时，会议设置了 LIBS领域最大奖项。
(1)主题报告部分美国弗罗里达大学Nicolo Omenetto教授着眼于 LIBS分析中的三个主要过程介绍了 LIBS的基础理 论，其中激光烧蚀与等离子体形成过程涉及激光参 数的表征以及激光与物质的相互作用；激发过程涉 及等离子体光谱发射及其向探测系统的传递；光电 检测过程涉及等离子体中粒子数密度与信号强度的 关系。
Nicolo Omenetto教授对LIBS的成就与现状进 行综述，并介绍了关于LIBS未来发展趋势的一些观 点，指出当前LIBS领域仍需进一步加强基础研究，推进LIBS技术与吸收光谱、荧光光谱的协同发展。
加拿大国家研究委员会Mohamad Sabsabi博士 从应用角度展示了 LIBS技术的最新研究进展。
目前 LIBS处于快速发展阶段，为提高LIBS的测量灵敏 度与实用价值,Mohamad Sabsabi博士主持研究了超 短脉冲、双脉冲、激光诱导荧光耦合LIBS及共振增收稿日期：2019-09-19强LIBS等增强手段，结合熔融金属在线检测、土壤成分检测、矿物检测等实际场景，具体介绍了 LIBS基础研究在生产过程中的应用案例。
激光诱导击穿光谱技术及其在物质成分分析中+应用.pdf
激光诱导击穿光谱技术及其在物质成分分析中的应用彭玲玲，韩见同，温冠宏，王鹏展，孙对兄，苏茂根，董晨钟原子与分子物理与功能材料重点实验室，甘肃，兰州，730070西北师范大学物理与电子工程学院，甘肃，兰州，730070摘要随着生产需要的发展，有害环境下元素的检测、工业在线监测、快速在线测量等对分析方法和技术方面的需求向传统的原子发射光谱分析方法提出了挑战，急需一种新的技术来解决日益发展的需求矛盾。
而LIBS技术具有快速、灵敏、现场实时测量等特点，其在这些方面具有巨大的潜力，在很多领域显示出它突出的优势和能力。
本文介绍了我们实验室搭建的典型LIBS实验装置及其基于该装置开展的LIBS方面的部分工作。
关键词 激光诱导击穿光谱 元素分析 等离子体 自由定标 重金属元素1引言激光诱导击穿光谱是近几十年随着激光技术以及光谱仪器的发展而兴起的新的痕量元素的探测手段。
用聚焦后的一束高能激光照射到样品材料上，靶表面焦点处的温度迅速上升（一般为几十到几百个纳秒），使得作用区内的样品材料开始熔化，并高速向外喷射，喷射过程中熔融粒子通过吸收激光能量和碰撞过程进一步被分解、激发和电离，从而形成等离子体羽。
这种等离子体作为辐射光源，可以对样品材料的元素成分及其含量进行半定量和定量分析，该技术被称为激光诱导击穿光谱（LIBS）。
因其可远距离实时在线检测、多元素分析、原位测量等优势，已经被广泛应用于固体[1]、液体[2-3]、气体[4]中痕量元素的检测和分析。
本文通过激光诱导击穿光谱技术分析了标准铝合金、枸杞芽、土壤、烟草和烟灰，废旧电池以及生物小球藻中元素的组组成及其含量。
2实验装置激光诱导击穿光谱实验装置如图1所示。
激光光源通常为Nd:YAG脉冲激光器，激光束经过半反射镜后经透镜聚焦在样品上，激光与样品作用后产生等离子体，其发射光谱信号通过石英透镜成像到光谱仪的入射狭缝中（也可以用光纤直接探测），光谱仪的出口安装有ICCD探测器，其可以测量经光谱仪分光后的光谱信号。
激光诱导击穿光谱技术在煤质检测中的应用概述
激光诱导击穿光谱技术在煤质检测中的应用概述摘要：我国煤炭资源丰富、种类多样，除部分优质煤种适宜作为炼焦煤之外，大多数煤种都被用来做动力煤。
近年来各种煤质在线检测的快速分析方法相继被开发，但这些技术普遍存在技术复杂、分析对象单一的问题。
激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术是基于激光与物质相互作用的新型分析技术，最常用于固态样品的分析，具有应用于电厂煤质在线检测的极大潜力。
在我国，煤炭是应用最广泛的能源资源。
其中，火力发电厂入厂原煤变化范围大，传统检测手段检测时间长，难以满足火力发电厂使用要求，尤其是在用电旺季，入厂煤的检测结果还没有出来就已经进入燃烧锅炉，检测的数据不能够指导生产，轻则造成能源的浪费，严重则会造成锅炉熄火事故，甚至会由于燃烧工艺调整不及时造成锅炉损坏，对操作人员人生安全造成隐患。
传统的煤质检测根据不同的检测成分、不同的煤种采用不同的测定方法：全水分的测定一般采用甲苯蒸馏法或干燥法；煤质的发热量国内外均采用氧弹热量计法测定；灰分的测定是在马弗炉中将煤样灰化并灼烧；测定挥发分是煤质分析中技术难度最大的一项，采用灼烧法测量。
传统手段检测煤质耗时较长，检测一个样品的所有数据需要专业技术人员3~4小时的时间。
而且在较长时间段的采样率低、采样代表性差，通常不能代表整个时间段燃烧的煤质，这样既不能对煤质的燃烧起到指导意义，同时还可能使得电厂对这一时间段的燃煤进行错误的估计，造成燃料的损失，不能最大化经济效益。
因此，火电厂急需精确的煤质在线检测技术，对煤质进行快速、准确的分析。
目前采用的煤质在线检测技术，一般分为三大步骤：采样、制样、检测。
其中，能否得到准确的检测分析结果是煤质快速检验和指导电站锅炉燃烧优化提供的必要条件。
煤质在线检测技术是将煤样组分测量手段及仪器设备相结合，实时监测入炉煤或入厂煤的煤质组成成分，主要测量分析的内容包括工业分析和元素分析。
激光诱导击穿光谱技术相关物理机制研究进展
激光诱导击穿光谱技术相关物理机制研究进展
刘瑞斌;殷允嵩
【期刊名称】《中国光学(中英文)》
【年(卷),期】2024(17)1
【摘要】激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是利用强脉冲激光与物质相互作用所产生的等离子体光谱来实现对物质组成元素定性和定量分析的一种新方法。
在脉冲激光诱导等离子体的过程中,不同的激光参数(能量、脉宽、波长)、检测过程中的环境条件以及材料本身的特性等,对激光诱导等离子体的物理机制都有不同程度的影响,进而影响LIBS定量分析的结果。
本文综述了现阶段LIBS技术中包括LIBS基本原理、激光参数区别、环境和材料特性差异所涉及的物理机制。
为深入理解激光与物质相互作用、提升LIBS检测能力提供了依据。
【总页数】19页(P19-37)
【作者】刘瑞斌;殷允嵩
【作者单位】北京理工大学物理学院
【正文语种】中文
【中图分类】O433.1;O433.4
【相关文献】
1.激光诱导击穿光谱与拉曼光谱技术在危险物检测中的研究进展
2.激光诱导击穿光谱增强机制及技术研究进展
3.激光诱导击穿光谱技术应用研究进展(特邀)
4.激光诱导击穿光谱技术在提高矿冶分析准确度的研究进展
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激光诱导击穿（LIBS）光谱技术
LIBS 的工作原理
激光弧光光谱（LASS）、激光诱导等离子光谱（LIPS）或者更常见的叫法激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种原子发射光谱，它使用脉冲激光器作为激发源。
它的基本原理请参见下面的示意图。
脉冲激光器(比如调Q的Nd:Y AG激光器) 的输出激光脉冲被聚焦到被测物体的表面。
仅使用小型激光器和简单的聚焦透镜，就可以在激光脉冲的持续时间内（典型值是10ns）使被测材料表面的激光功率密度超过1GW/cm2。
LIBS 原理示意图
在如此之高的激光功率密度作用下，被测材料表面就会有几微克的物质被喷射出来，这个过程通常被称为激光剥离，同时材料表面还会产生寿命很短但亮度很高的等离子体，其瞬间温度可达10,000oC 。
在这个热等离子体中，喷射出来的物质离解成激发态的原子和离子。
在激光脉冲结束后，由于等离子体以超音速向向外扩展所以迅速地冷却下来。
在这段时间内，处于激发态的原子和离子从高能态跃迁到低能态，并发射出具有特定波长的光辐射。
用高灵敏度的光谱仪对这些光辐射进行探测和光谱分析分析，就可以得到被测材料的元素构成信息。
在测量时要使用带门控的探测器来记录激光脉冲延迟一段时间后所产生的激光等离子体的光辐射，这是由于只有在等离子体已经膨胀并开始冷却时才会出现原子或者离子的特征辐射谱线。
从下面的光谱图中展示了在不同的探测器采样时间延迟下得到的锝的特征辐射谱线，从中可以看出在快门延迟10 微秒时得到的谱线强度最大。
对任何材料的真正无损检测
由于在测量过程中只消耗极微小的一部分材料，所以LIBS技术可以说是真正意义上的无损检测。
由于入射到样品上的平均功率还不到1W ，所以激光对样品的加热效应基本上可以忽略不计。
从理论上讲，利用LIBS技术可以对任何材料进行元素分析，不论它是什么物理状态：固态、液态、气态和各种混合物如煤泥、泥浆、矿石、废料、污水等都曾经被成功地分析过。
固体、气体和液体的LIBS 分析
远程分析能力
由于LIBS技术实质上是一个全光学的技术，只需用光接触被测样品即可完成分析。
所以LIBS技术可以用来进行远程分析。
通常可以使用一个望远镜系统在10米远处进行分析，或者使用光纤探头在100米外进行分析。
这个特点使得LIBS技术特别适合对危险或高温材料进行分析，或在非常恶劣的环境中使用。
无需样品预处理
LIBS技术可以直接对材料进行分析，而不需要对材料做任何预处理。
但如果样品表面涂覆有其他物质(比如氧化的或者涂层的钢材)时，则要用激光先把样品表面的涂层清理干净，把下面的被测材料暴露出来，才能对样品做分析。
激光清除过程的效率取决于所要清除的材料种类以及所激光能量。
通常对于几百微米厚的氧化物、油污或者涂层，使用一个小巧的低功率激光器就可以很快清除干净。
此外，激光等离子体产生的超声震波对去除半流体或者粘滞性污物有非常好的效果。
例如，利用LIBS技术可以分析表面裹有几厘米厚的氢氧化镁矿泥的金属。
定量分析微量元素
对LIBS系统进行定标后就可以对基体材料中的微量元素进行定量分析，比如分析钢材中的铬、铝合金中的镁、玻璃中的铁、硫酸铜中的铜等。
定标时要使用经过鉴定的样品材料，这个样品材料与被测材料具有相同的基体，但含有不同含量的被分析元素。
在分析时通常采用所谓的“内部标准化”的过程，即把被分析元素的谱线强度和基体材料的谱线强度进行比较，这样就可以减少由于激光的脉冲- 脉冲能量不一致性所导致的等离子体条件变化对测量结果的影响。
要想得到好的分析结果就要对LIBS的硬件进行仔细的设计并采用合适的测量方法。
LIBS 系统测量的灵敏度与许多因素有关：被分析物和基体材料的结合方式，LIBS系统和被测样品的距离，以及是否需要遥测等。
LIBS系统测量结果的正确性可优于10%，精度可优于5%。
不同元素的典型检测限请参阅下面的元素周期表。
测量速度快，非接触测量
在许多情况下，只用一个激光脉冲就可以进行样品分析，所以LIBS系统能够非常快速地对大量样品进行快速分析。
再加上可以非接触测量的特点，使得LIBS系统在废金属、合金和塑料回收工业中就显得非常重要，此时大量的被测样品在传送带上飞速移动，需要测量系统的测量速度要非常快，再没有其他技术比LIBS技术更适合在这个领域应用了。
分层结构和表面涂层的深度轮廓分析
由于激光可以以一种可控的方式来清除表面涂层，因此分层结构的深度轮廓分析可以用LIBS技术来进行。
在激光不断“钻入”到被测材料中的同时用光谱仪对其产生的光辐射进行光谱测量，就可以得到被测材料的构成成分元素随深度变化的函数。
通常这一技术只能用于那些在典型LIBS系统中激光器的参数下比较容易去除的材料。
比如在钢材上锌镀的过程控制中的成分分析，探测油漆中的重金属含量（铅、铀、钚等），检测混凝土的成分污染等。
应用领域
● 材料的远程无损分析，定性和识别
● 危险材料( 高温、放射性、化学毒性材料) 的远程探测和元素分析
● 存储容器的放射性污染的现场检测( 玻璃化的高等级废料、中间级废料)
● 不易接近环境中钢材的现场成分分析( 核反应堆压力容器等)
● 废料回收过程中快速鉴别金属和合金
● 关键部件在制造和装配过程中的绝对金属鉴定（Positive Metal Identification ）
● 对液态金属和合金进行过程控制时的在线成分分析( 如钢中的碳、硅、磷等含量的测定)
● 对液态玻璃进行过程控制时的在线成分分析( 如铁、铅等含量的测定)
● 对淹没在水中的材料进行现场识别( 如金属、合金、陶瓷、矿物质、放射性材料等)
● 对物体表面涂层的深度轮廓分析和成分分析( 如电镀钢、塑料膜层、油漆中的重金属等)
● 空气中微粒的在线监测( 如烟囱排放监测)
● 复杂形状物体的成分分析。