光譜指紋與光譜指紋采集者-LIBS技術與調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射光譜技術，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，包括食品行業、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生的等離子體發射來分析樣品，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擊破光譜(LIBS)的快速、低成本的牛奶摻假質量控制、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技術結合化學計量分析在食品工業中進行乳制品質量控制的潛在用途。

在此研究中，LIBS技術使用調Q Nd:YAG激光器，工作波長為1064 nm，脈沖持續時間為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)對標準鋁硅合金進行了定量分析。利用Nd:YAG激光器的基頻(1064nm)產生等離子體，并在3.5us探測器柵極延遲下記錄了發射光譜。發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射譜線測定了合金中各元素的濃度。

實驗采用調Q Nd:YAG激光器，工作波長為1064 nm，能量為30-200mJ，脈沖持續時間為9 ns，重復頻率為10 Hz，在樣品表面產生等離子體。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%的穩定度內進行監測。圖2所示 LIBS光譜。

圖2 [2] 合金樣品在230 ~ 290 nm區域時單脈沖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)技術對環境樣品中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

LIBS技術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。

下面對納秒激光器產品進行詳細的介紹：

1.Q1激光器

Q1激光器，其中主要特點為重復頻率可調0-10/20/50Hz，激光在10Hz脈沖重復率下可產生高達40mJ的脈沖能量，在50 Hz脈沖重復頻率下可產生高達10 mJ的脈沖能量。激光器可以配置為分別從 Nd：YLF 或 Nd：YAG 激光晶體發射1053nm或1064 nm 波長。Q1激光器搭配H1倍頻器搭配可產生波段為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，而不會對光束發散度或輪廓產生顯著變化。激光束的低發散度允許使用可選的 H1系列諧波發生器模塊有效地轉換為諧波波長。Q1是一款緊湊、節能、二極管泵浦、風冷、調Q激光器，專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:重復頻率固定為10Hz/20Hz/33.3Hz/100Hz/200Hz,激光在10Hz脈沖重復率下可產生高達80mJ的脈沖能量，在100 Hz脈沖重復頻率下可產生高達10 mJ的脈沖能量。Q2激光器搭配Hsmart倍頻器搭配可產生波段為526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm單波段光源。

Q2HE激光器，其中主要特點：重復頻率固定為10Hz/20Hz/50Hz/100Hz,能夠產生比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量激光束。Q2HE激光器搭配H-SMART倍頻器搭配可產生波段為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：產生具有可變時間間隔的兩個脈沖。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重復頻率下產生高達40 mJ的脈沖能量。脈沖持續時間為 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Q-開關 Q-SPARK 版本可配置為產生短至750 ps且脈沖能量超過5 mJ的脈沖。E-O Q開關版本可提供高達20 mJ的激光，通過內置Web服務器通過以太網端口進行監控和控制。提供API以與用戶設備集成。

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,它的主要特點為：Q-SHIFT是一系列調Q激光器，具有內置的非線性波長轉換臺，可以產生傳統固態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諧波發生器結合使用時，可提供可見波長（藍色，黃色和紅色）的高峰值強度脈沖。可產生波段為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參量振蕩器（OPO）產生可調波長，線寬窄至6 cm-1。可選的二次諧波發生器將調諧范圍擴展到 210-410 nm，線寬窄至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)。

除了可調諧的波長輸出外，Q-TUNE還提供旁路端口，用于訪問泵浦激光束。可根據要求提供的可選擴展，用于監測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波段部分參數示例。

5.調Q納秒激光器的優勢

昊量光電推出Nd:YAG和Nd:YLF風冷、無水調Q納秒激光器，可以在平均功率高達5 W的情況下產生每脈沖能量高達120 mJ的納秒脈沖。氣冷、無水且經濟高效的解決方案，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間光譜(TOFS)

光致發光(LIF) 

閃光光解質譜激光解離(MALDI)

激光脈沖沉積(PLD)

激光雷達

遙感(LIDAR)

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