[發明專利]一種增強激光誘導擊穿光譜強度的方法

有效

• 申請號: 201610173252.3
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105699363B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 姜瀾;楊帆;王素梅;曹志濤;王猛猛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明提出了一種增強激光誘導擊穿光譜強度的方法，具體涉及一種利用金納米粒子促進耐熱電介質材料對飛秒激光的吸收，進而提高等離子體輻射光譜強度的方法，屬于飛秒激光應用技術領域。通過熱去濕的方法在耐熱電介質材料表面覆蓋一層金納米粒子，在飛秒激光通過平凸透鏡聚焦在材料表面的區域內，由于等離子體基元的作用，材料局部電磁場強度明顯增強，從而改變耐熱電介質材料對飛秒激光的吸收機制，最終提高等離子體的體積和輻射光譜強度。在相同激光通量下，譜線強度比采用傳統的飛秒激光強數倍。

技術領域

本發明涉及一種增強激光誘導擊穿光譜強度的方法，具體涉及一種利用金納米粒子促進耐熱電介質材料對飛秒激光的吸收，進而提高等離子體輻射光譜強度的方法，屬于飛秒激光應用技術領域。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(Laser-induced breakdown spectroscopy，簡稱LIBS)是一種元素分析技術，這種技術利用聚焦透鏡聚焦脈沖激光，然后激發及其少量的樣品產生等離子體，最后利用光譜儀分析從等離子體中產生的光譜信號從而根據特征譜分析不同的元素。由于LIBS技術基本上可以分析任意狀態下的任意元素，且能實現無損檢測等優點，LIBS技術已廣泛應用于例如礦物分析、生物分析、化學分析、環境分析、核物質分析以及考古分析等等領域。然而普通的LIBS技術相比與其他分析技術有兩大缺點：分析精度低以及重復性差。為了提高LIBS的靈敏度和精度，近年來，大量的研究致力于提高LIBS光譜信號的強度。提高LIBS光譜信號強度的方法主要有以下幾類：雙脈沖方法(分為共軸和正交兩種形式)、等離子體約束、電火花輔助增強、磁場輔助增強、微波輔助增強、共振吸收增強、火焰增強等方法。

以上方法都有各自的缺點，比如雙脈沖方法實驗光路復雜，電火花輔助需要額外的設備等等。專利CN105067572A公布了一種增強激光誘導擊穿光譜的方法和裝置，該方法是用微波發生器產生的微波對等離子體加熱實現光譜信號增強，但該方法實驗設備較為復雜；專利CN105067571A公布了一種增強激光誘導擊穿光譜的裝置，該發明是通過改變背景氣體以及用其他裝置匯聚等離子體輻射來增強光譜信號，但該方法同樣裝置較為復雜。

發明內容

本發明的目的是為了提高耐熱電介質材料擊穿光譜的強度，提出了一種增強激光誘導擊穿光譜強度的方法，具體利用金納米粒子輔助的飛秒激光脈沖燒蝕耐熱電介質材料等離子體輻射光譜的增強方法，通過熱去濕的方法在耐熱電介質材料表面覆蓋一層金納米粒子，在飛秒激光通過平凸透鏡聚焦在材料表面的區域內，由于等離子體基元的作用，材料局部電磁場強度明顯增強，從而改變耐熱電介質材料對飛秒激光的吸收機制，最終提高等離子體的體積和輻射光譜強度。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

步驟一，通過離子刻蝕的方法在耐熱電介質材料表面鍍上一層納米厚度的金膜；

步驟二，通過熱去濕方法在耐熱電介質材料表面形成納米粒子，具體方法是把鍍上金膜的耐熱電介質材料放入馬弗爐中并設置好馬弗爐的參數；

步驟三，調節加工光路，將得到的耐熱電介質材料固定在樣品臺上，設置激光頻率，調節兩個石英平凸透鏡使等離子體輻射光譜信號能夠聚焦到光纖中，并最終能夠通過光纖將光譜信號傳入光譜儀，最后設置好光譜儀和ICCD的參數；

步驟四，調整激光功率，激光經過聚焦后燒蝕耐熱電介質材料，同時采集耐熱電介質材料等離子體光譜。

有益效果

1.在相同的實驗條件下，采用有金納米粒子的樣品得到的等離子體，其輻射光譜的強度比采用普通的沒有納米粒子的樣品提高數倍。

2.采用飛秒激光燒蝕覆蓋有金納米粒子的樣品時，飛秒激光功率越強，等離子體光譜強度越強，當功率達到120mW時，等離子體光譜強度達到最大值；