華東師范大學精密光譜學國家重點實驗室的研究團隊在超快激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進展。

該團隊最近提出了突破性的等離子體光柵誘導(dǎo)擊穿光譜（GIBS）和多維等離子體光柵誘導(dǎo)擊穿光譜（MIBS）技術(shù)，確定這些新方法對傳統(tǒng)使用的LIBS和燈導(dǎo)擊穿光譜（FIBS）表現(xiàn)出更高的靈敏度。

襯底效應(yīng)和等離子體屏蔽干擾通常困擾著傳統(tǒng)的納秒激光誘導(dǎo)擊穿光譜。另一方面，燈導(dǎo)的擊穿光譜受到峰值功率約束的限制，難以提高靈敏度。為了克服這些障礙，研究小組首先開發(fā)了等離子體光柵誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)。

高能超快激光多光束非線性耦合誘導(dǎo)擊穿光譜

該方法利用兩個非串連耦合燈絲脈沖形成等離子體光柵，以克服峰值功率限制并增強激勵的電子密度，從而實現(xiàn)靈敏度的量子飛躍并克服等離子體屏蔽效應(yīng)的干擾。

為了進一步增強激發(fā)效應(yīng)，研究團隊繼續(xù)提出了多維等離子體光柵誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)。該方法利用三個非共線和非共面飛秒脈沖與樣品相互作用以產(chǎn)生等離子體光柵。該團隊成功地觀察了等離子光柵的衍射效應(yīng)，實現(xiàn)了從一維到二維的進展。

二維等離子體光柵的周期性結(jié)構(gòu)和高階非線性效應(yīng)大大提高了等離子體密度和功率密度，將擊穿光譜檢測技術(shù)的靈敏度提升到了一個更高的水平。研究團隊還發(fā)現(xiàn)，MIBS技術(shù)獲得的譜線信號隨著激光能量的增加而增強，當單脈沖能量超過2 mJ時達到更顯著的優(yōu)勢。

此外，MIBS技術(shù)只需要對激發(fā)源進行修改，無需引入復(fù)雜的樣品制備步驟或額外的設(shè)備，保留了LIBS技術(shù)的快速、簡單、便捷的優(yōu)勢，能夠滿足特定場景下的原位、實時檢測需求。

基于多光束脈沖激光耦合取得的出色結(jié)果，提出了一種專門用于溶液檢測的燈導(dǎo)擊穿光譜和等離子體光柵誘導(dǎo)擊穿光譜（F-GIBS）的新組合。

通過合理設(shè)置燈絲與等離子光柵之間的沖擊延遲，實現(xiàn)了溶液檢測的雙激發(fā)效應(yīng)，克服了溶液檢測中擊穿光譜遇到的氣泡和飛濺問題，提高了溶液檢測的靈敏度和準確性。

隨著GIBS/MIBS/F-GIBS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)有可能適應(yīng)惡劣現(xiàn)場條件下的移動操作，實現(xiàn)非接觸式在線原位檢測。這些技術(shù)有望在礦產(chǎn)勘探、環(huán)境監(jiān)測、水科學和生命科學等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

研究結(jié)果發(fā)表在《超快科學》雜志上。

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2023-05-breakdown-spectroscopy-nonlinear-interactions-femtosecond.html