光谱指纹与光谱指纹采集者-LIBS技术与调Q纳秒激光器

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种成熟的分析原子发射光谱技术，可用于各种样品的元素分析。凭借其精准的检测水平，广泛应用于各行各业，包括食品行业、土壤分析、合金分析等等。

其原理为LIBS通过直接测量样品烧蚀产生的等离子体发射来分析样品，提供一个即时的光谱指纹，代表其元素组成。

在2017年，S. Moncayo1[1]等人采用一种基于激光诱导击破光谱(LIBS)的快速、低成本的牛奶掺假质量控制、溯源和检测方法。研究了三聚氰胺掺假婴幼儿奶粉中三聚氰胺含量的定量分析。讨论了利用LIBS技术结合化学计量分析在食品工业中进行乳制品质量控制的潜在用途。

在此研究中，LIBS技术使用调Q Nd:YAG激光器，工作波长为1064 nm，脉冲持续时间为4 ns，样品放置在X-Y-Z手动微量定位器上，用100mm焦距透镜将激光束聚焦在颗粒表面，产生直径为170µm的光斑。使用光谱仪进行分析，光谱范围为190 ~ 450 nm(光谱分辨率为0.1 nm)。激光脉冲能量固定为100 mJ，重复频率为1 Hz。激光脉冲后延迟2.5µs获得LIBS光谱。图1所示 LIBS光谱检测了其中所含元素。

图1[1]LIBS定量检测在230 ~ 450nm区域光谱分析

在2017年，Hira Shakeel[2]等人采用标定自由激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)对标准铝硅合金进行了定量分析。利用Nd:YAG激光器的基频(1064nm)产生等离子体，并在3.5us探测器栅极延迟下记录了发射光谱。发射光谱定性分析证实合金中存在Mg、Al、Si、Ti、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sn和Pb。利用等离子体温度和各元素的自吸收校正发射谱线测定了合金中各元素的浓度。

实验采用调Q Nd:YAG激光器，工作波长为1064 nm，能量为30-200mJ，脉冲持续时间为9 ns，重复频率为10 Hz，在样品表面产生等离子体。激光脉冲能量由Nd: YAG激光系统中的内置设备改变，并使用能量计在63%的稳定度内进行监测。图2所示 LIBS光谱。

图2[2]合金样品在230 ~ 290 nm区域时单脉冲LIBS光谱分析

在2009年，S. Pandhija[3]等人采用激光诱导击穿光谱(LIBS)和免校准LIBS (CF-LIBS)技术对环境样品中Cd、Co、Pb、Zn、Cr等有毒重金属元素进行了检测和定量。记录了不同浓度有毒元素(Cd、Zn)的标准土壤样品的LIBS光谱。

实验装置由调Q Nd:YAG激光器、光谱仪、光纤束、透镜、平移台和计算机组成。采集门延迟为1.5µs，在200-350 nm的光谱范围内记录了土壤颗粒的LIBS光谱。图3所示的LIBS光谱清楚地显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。

图3[3]土壤样品在200 ~ 350nm区域的光谱显示重金属谱线

LIBS技术通过采集待测样品的光谱指纹，分析其元素组成；优秀的分析方法，离不开优秀的激光器设备，昊量光电推出调Q纳秒激光器适用但不局限于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术。

下面对纳秒激光器产品进行详细的介绍：

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Q1激光器

Q1激光器，其中主要特点为重复频率可调0-10/20/50Hz，激光在10Hz脉冲重复率下可产生高达40mJ的脉冲能量，在50Hz脉冲重复频率下可产生高达10 mJ的脉冲能量。激光器可以配置为分别从 Nd：YLF 或 Nd：YAG 激光晶体发射1053nm或1064nm波长。

Q1激光器搭配H1倍频器搭配可产生波段为526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm单波段光源。

图4为Q1激光器与Q1激光器搭配H1倍频器图片示例。

由于Nd：YLF晶体的热特性，在1053 nm处，激光器可以从单次脉冲到最大脉冲重复率工作，而不会对光束发散度或轮廓产生显着变化。激光束的低发散度允许使用可选的 H1系列谐波发生器模块有效地转换为谐波波长。Q1是一款紧凑、节能、二极管泵浦、风冷、调Q激光器，专为需要高峰值功率脉冲的广泛应用而设计。

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Q2/Q2HE激光器

Q2激光器，其中主要特点:重复频率固定为10Hz/20Hz/33.3Hz/100Hz/200Hz,激光在10Hz脉冲重复率下可产生高达80mJ的脉冲能量，在100 Hz脉冲重复频率下可产生高达10 mJ的脉冲能量。Q2激光器搭配Hsmart倍频器搭配可产生波段为526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm单波段光源。

Q2HE激光器，其中主要特点：重复频率固定为10Hz/20Hz/50Hz/100Hz,能够产生比Q2更高的能量，具有高达120 mJ 脉冲能量和/或高达5W平均输出功率的高质量激光束。Q2HE激光器搭配H-SMART倍频器搭配可产生波段为526.5/532nm,351/355nm，263/266nm,211/213nm单波段光源。

图5为Q2激光器与Q2HE激光器图片示例。

Q2系列二极管泵浦，完全风冷，调Q激光器设计用于需要高峰值功率脉冲的广泛应用。内置同步脉冲发生器，并具有短腔配置，与标准配置相比，在短腔配置中脉冲持续时间可以减少50%。脉冲能量高达60mj时，脉冲峰值功率可达30mw以上。

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Q-Double/Q-Sparkle/Q-Shift激光器

Q-Double激光器，它的主要特点为：产生具有可变时间间隔的两个脉冲。它的目标应用是PIV(粒子图像测速)，LIBS(激光诱导击穿光谱)。在10 Hz脉冲重复频率下，激光器的总脉冲能量可配置为高达160 mJ，在100 Hz重复频率下产生高达40 mJ的脉冲能量。脉冲持续时间为 5-10 ns，时间间隔10 ns – 100 ms。Q-DOUBLE兼容H-SMART倍频器。

图6为Q-Double激光器与Q-Double激光器部分参数图片示例。

Q-Sparkle激光器，它的主要特点为：专为需要亚纳秒或纳秒脉冲应用而设计，在1064 nm处高达 20 mJ 的脉冲能量，高达 20 MW 的峰值功率。

其中，无Q-开关 Q-SPARK 版本可配置为产生短至750 ps且脉冲能量超过5 mJ的脉冲。E-O Q开关版本可提供高达20 mJ的激光，通过内置Web服务器通过以太网端口进行监控和控制。提供API以与用户设备集成。

图7为Q-Sparkle激光器与Q-Sparkle激光器部分参数图片示例。

Q-Shift激光器,它的主要特点为：Q-SHIFT是一系列调Q激光器，具有内置的非线性波长转换台，可以产生传统固态激光器无法获得的波长。

图8为Q-Shift激光器1163nm波段与1177nm波段部分参数图片示例。

图9为Q-Shift激光器1300nm波段与1377nm波段部分参数图片示例。

图10为Q-Shift激光器1551±1nm波段与1571±1nm波段部分参数图片示例。

当Q-SHIFT激光器与我们的可连接SHG或独立的H-SMART谐波发生器结合使用时，可提供可见波长（蓝色，黄色和红色）的高峰值强度脉冲。

可产生波段为581.5/588.5nm,388/392nm,291/294nm;650/658.5nm,433/439nm,325/329nm;775.5/785.5nm;517/524nm;388/393nm。

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Q-tune/Q-tune G/Q-tune HR/Q-tune IR激光器

Q-TUNE系列激光器，它的主要特点为使用光学参量振荡器（OPO）产生可调波长，线宽窄至6 cm-1。可选的二次谐波发生器将调谐范围扩展到 210-410 nm，线宽窄至12 cm-1。所有激光电子设备都集成到Q-TUNE的外壳中，唯一的外部模块是电源适配器，提供12 VDC, 20 - 50 W功率(取决于型号)。

除了可调谐的波长输出外，Q-TUNE还提供旁路端口，用于访问泵浦激光束。可根据要求提供的可选扩展，用于监测OPO波长和线宽的紧凑型光谱仪。

表2为Q-Shift激光器1551±1nm波段与1571±1nm波段部分参数示例。

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调Q纳秒激光器的独特优势

昊量光电推出NdYLF风冷、无水调Q纳秒激光器，可以在平均功率高达5 W的情况下产生每脉冲能量高达120 mJ的纳秒脉冲。气冷、无水且经济高效的解决方案，适用于广泛的应用，包括LIBS、LIDAR、TOFS、微机械加工等。

应用领域包括：

激光诱导荧光(LIBS)

激光打标激光烧蚀

光声成像屏幕修复飞行时间光谱(TOFS)

光致发光(LIF)

闪光光解质谱激光解离(MALDI)

激光脉冲沉积(PLD)

激光雷达

遥感(LIDAR)