飞秒激光灯丝和多维等离子体光栅非线性相互作用引起的击穿光谱

华东师范大学精密光谱国家重点实验室研究团队在超快激光诱导击穿光谱技术领域取得重大进展。该团队最近提出了开创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 和灯丝诱导击穿光谱 (FIBS) 表现出更高的灵敏度).

基板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，灯丝诱导击穿光谱受峰值功率限制，灵敏度难以提高。为了克服这些障碍，研究团队首先开发了等离子体光栅诱导击穿光谱技术(Advanced Photonics , 2020, 2(6), 065001)。利用两个非共线耦合的灯丝脉冲，该方法形成等离子体光栅以克服峰值功率限制并提高激发的电子密度，从而实现灵敏度的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，研究团队进一步提出了多维等离子体光栅诱导击穿光谱技术(J. Anal. At. Spectrom., 2022, 37, 841)。该方法利用三个非共线和非共面的飞秒脉冲与样品相互作用以产生等离子体光栅。该团队成功观察到等离子体光栅的衍射效应，实现了从一维到二维的进步。

二维等离子体光栅的周期结构和高阶非线性效应极大地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，优势更加显着。而且，MIBS技术仅需对激发源进行改造，无需引入复杂的样品制备步骤或额外设备，保留了LIBS技术快速、简单、方便的优点，使其能够满足原位、实时检测的需求。具体场景。

基于多光束脉冲激光耦合取得的出色成果，提出了一种专门用于溶液检测的灯丝诱导击穿光谱和等离子体光栅诱导击穿光谱 (F-GIBS) 的新型组合。通过合理设置灯丝与等离子体光栅之间的碰撞延迟，实现溶液检测的双激发效应，克服了击穿光谱在溶液检测中遇到的气泡和飞溅问题，提高了溶液检测的灵敏度和准确度。

随着GIBS/MIBS/F-GIBS技术的发展和应用，适应恶劣野外条件下的移动作业，实现非接触式在线原位检测成为可能。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。

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