飞秒激光丝非线性相互作用诱导的击穿光谱

华东师范大学精密光谱学国家重点实验室的研究团队在超快激光诱导击穿光谱技术领域取得了重大进展。

该团队最近提出了突破性的等离子体光栅诱导击穿光谱（GIBS）和多维等离子体光栅诱导击穿光谱（MIBS）技术，确定这些新方法对传统使用的LIBS和灯导击穿光谱（FIBS）表现出更高的灵敏度。

衬底效应和等离子体屏蔽干扰通常困扰着传统的纳秒激光诱导击穿光谱。另一方面，灯导的击穿光谱受到峰值功率约束的限制，难以提高灵敏度。为了克服这些障碍，研究小组首先开发了等离子体光栅诱导击穿光谱技术。

高能超快激光多光束非线性耦合诱导击穿光谱

该方法利用两个非串连耦合灯丝脉冲形成等离子体光栅，以克服峰值功率限制并增强激励的电子密度，从而实现灵敏度的量子飞跃并克服等离子体屏蔽效应的干扰。

为了进一步增强激发效应，研究团队继续提出了多维等离子体光栅诱导击穿光谱技术。该方法利用三个非共线和非共面飞秒脉冲与样品相互作用以产生等离子体光栅。该团队成功地观察了等离子光栅的衍射效应，实现了从一维到二维的进展。

二维等离子体光栅的周期性结构和高阶非线性效应大大提高了等离子体密度和功率密度，将击穿光谱检测技术的灵敏度提升到了一个更高的水平。研究团队还发现，MIBS技术获得的谱线信号随着激光能量的增加而增强，当单脉冲能量超过2 mJ时达到更显著的优势。

此外，MIBS技术只需要对激发源进行修改，无需引入复杂的样品制备步骤或额外的设备，保留了LIBS技术的快速、简单、便捷的优势，能够满足特定场景下的原位、实时检测需求。

基于多光束脉冲激光耦合取得的出色结果，提出了一种专门用于溶液检测的灯导击穿光谱和等离子体光栅诱导击穿光谱（F-GIBS）的新组合。

通过合理设置灯丝与等离子光栅之间的冲击延迟，实现了溶液检测的双激发效应，克服了溶液检测中击穿光谱遇到的气泡和飞溅问题，提高了溶液检测的灵敏度和准确性。

随着GIBS/MIBS/F-GIBS技术的发展和应用，已经有可能适应恶劣现场条件下的移动操作，实现非接触式在线原位检测。这些技术有望在矿产勘探、环境监测、水科学和生命科学等领域得到广泛应用。

研究结果发表在《超快科学》杂志上。

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