Festkörperlaser spielen eine entscheidende Rolle in der LIBS-Technologie (Laserinduzierte Plasmaspektroskopie). LIBS ist eine spektroskopische Analysetechnik, die auf Plasmaemission basiert und zur Bestimmung der Materialzusammensetzung eingesetzt wird. In einem LIBS-System dient ein Festkörperlaser als Anregungsquelle. Er emittiert hochenergetische Laserpulse, die auf die Probenoberfläche fokussiert werden und die Probe in einen Hochtemperatur-Plasmazustand versetzen. Dadurch entstehen Strahlungsspektren. Diese Spektren werden mit einem Spektrometer detektiert und analysiert, um Art und Konzentration der Elemente zu bestimmen.

I. Vorteile von Festkörperlasern in LIBS-Anwendungen

Hohe Energiedichte: Festkörperlaser liefern eine hohe momentane Leistungsdichte, die für die LIBS-Technologie unerlässlich ist. Laserstrahlen mit hoher Energiedichte gewährleisten die effektive Anregung der Probe in einen Hochtemperatur-Plasmazustand und erzeugen so ausreichend starke Spektralsignale.

Hervorragende Stabilität: Festkörperlaser weisen auch bei längerem Betrieb und unter rauen Umgebungsbedingungen eine gute Stabilität auf, was für langfristige LIBS-Anwendungen und die Vor-Ort-Detektion von entscheidender Bedeutung ist.

Abstimmbarkeit: Einige Festkörperlaser sind abstimmbar, sodass die Laserwellenlänge an die Detektionsanforderungen verschiedener Proben angepasst werden kann. Dies erhöht die Flexibilität und Anwendbarkeit der LIBS-Technologie.

II. Technische Herausforderungen von Festkörperlasern in der LIBS

Leistungsaufnahme und Temperaturregelung: Festkörperlaser verbrauchen im Betrieb erhebliche Mengen an Energie und erfordern eine strenge Temperaturregelung, um die Stabilität zu gewährleisten. Dies erhöht die Komplexität und die Kosten von LIBS-Systemen.

Pulsbreite und Energie: Für eine effektive LIBS-Anregung ist eine präzise Steuerung der Laserpulsbreite und -energie erforderlich, was von Festkörperlasern eine hohe Kontrollierbarkeit und Stabilität verlangt.

III. Jüngste Fortschritte bei Festkörperlasern für LIBS

In den letzten Jahren wurden mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der LIBS-Technologie auch Festkörperlaser verbessert und optimiert. Zum Beispiel der 1535nm Erbium-Glas-Laser (Abbildung 1) hat gezeigt, dass es im LIBS-Bereich breite Anwendungsmöglichkeiten gibt.

(Abbildung 1)

Dieser Laser bietet Vorteile wie Augensicherheit, einen breiten Betriebstemperaturbereich und hohe Leistungsstabilität und eignet sich daher hervorragend für tragbare LIBS-Geräte. Darüber hinaus erforschen Wissenschaftler Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz und Stabilität von Festkörperlasern und zur Optimierung ihrer Anwendung in der LIBS-Technologie. In den letzten Jahren haben sich Desktop-LIBS-Systeme auf dem Markt weitgehend durchgesetzt. 1064-nm-Festkörperlaser (Abbildung 2), die bei den Endnutzern Anerkennung gefunden haben.

(Abbildung 2)

IV. Anwendungsbeispiele von Festkörperlasern in der LIBS

Festkörperlaser finden breite Anwendung in der LIBS-Technologie, unter anderem, aber nicht ausschließlich:

Metallische Werkstoffanalyse: Wird zur Zusammensetzungsanalyse von Stahl, Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen und anderen Metallen verwendet, um Elementarten und -konzentrationen zu ermitteln.

Geologische Erkundung: Wird zur Zusammensetzungsanalyse von Erzen und Gesteinen verwendet, um die geologische Erkundung und die Bewertung von Mineralressourcen zu unterstützen.

Umweltmonitoring: Wird zur Schadstofferkennung in Boden und Wasser, zur Überwachung des Schwermetallgehalts usw. eingesetzt.

Archäologische Forschung: Wird zur Zusammensetzungsanalyse von Kulturdenkmälern und antiken Artefakten verwendet, um die archäologische Forschung und den Erhalt des kulturellen Erbes zu unterstützen.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Festkörperlaser eine entscheidende Rolle in der LIBS-Technologie spielen. Dank kontinuierlicher technologischer Fortschritte und wachsender Anwendungsgebiete eröffnen sich immer vielversprechendere Perspektiven für Festkörperlaser in der LIBS.

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