Das LIBS-Instrument (Laserinduzierte Plasmaspektroskopie) wurde lange Zeit in Forschungslaboren eingesetzt. Durch die kürzliche Installation von LIBS-Instrumenten auf chinesischen Mars-Rovern gewinnt die LIBS-Technologie jedoch zunehmend an Bekanntheit. Bei der LIBS-Technologie wird ein Laserstrahl auf die Oberfläche eines Stoffes fokussiert, um diesen durch einen Laser mit hoher Spitzenleistung (> GW/cm²) in einen Plasmazustand zu versetzen. Anschließend werden Zusammensetzung und Gehalt des Stoffes mittels Plasmaemissionsspektroskopie analysiert. Die LIBS-Technologie findet derzeit breite Anwendung in der Legierungs-, Erz-, Material-, Landwirtschafts- und Biologieforschung sowie in weiteren Bereichen.

Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) ermöglicht die quantitative und vollständige Elementanalyse von Probenmikroregionen in situ und ist ein wichtiges Verfahren zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung unbekannter Substanzen. Sie findet breite Anwendung in der Geologie, Materialwissenschaft, Biomedizin und anderen Bereichen. Die LIBS-Bildgebung mit hoher räumlicher Auflösung hat aufgrund ihrer Fähigkeit, die Elementverteilung in der Probe sichtbar zu machen, zunehmend an Bedeutung gewonnen. 

Reallights LIBS-Instrumentenmaschine

Im Bereich der LIBS-Bildgebungsforschung erfordert die chemische Analyse von Spurenproben eine räumliche Auflösung im Mikrometer- oder sogar Submikrometerbereich, und es werden höhere Anforderungen an die Systemstabilität gestellt. Auch die Anforderungen an die Parameterleistung der Laser sind gestiegen.

Kürzlich veröffentlichte das Team um Professor Xiu Junshan von der Technischen Universität Shandong in der Fachzeitschrift Spectrochimica einen Artikel mit dem Titel „Schnelle Mikroanalyse von Al-In-Sn-O-Dünnschichten mittels laserinduzierter Plasmaspektroskopie mit Pikosekunden-Laserpulsen“. In diesem Artikel wurde die Mikro-LIBS-Technologie eingesetzt, um die Eigenschaften von Al-In-Sn-O-Dünnschichten durch die Bestimmung des Elementgehalts unter verschiedenen Herstellungsbedingungen zu bewerten. Dabei kam ein Mikroplattenlaser der Reallight MCD-Serie mit einer Pulsdauer von 350 ps zum Einsatz. Die laterale Auflösung lag unter 50 µm, die Schichtdickenauflösung im Submikrometerbereich.

Reallight-350ps Pulsbreite Dünnschichtablationsspot

Laserablationsfleck mit 10 ns Pulsdauer

Der Subnanosekunden-Mikrochip-Laser von Reallight zeichnet sich durch eine Pulsdauer im Subnanosekundenbereich und eine hohe Strahlqualität (M² 10 GW/cm². Der Laser bietet eine hohe Wiederholrate, präzise Pulssynchronisation und ermöglicht die Einzelpulsanregung. Dank seiner geringen Größe und hohen Integration eignet er sich hervorragend für den Einsatz in der mikroskopischen LIBS.

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Referenzen

Shiming Liu, Qing Gao, Junshan Xiu⁎, Zhao Li, Yunyan Liu, Spectrochimica Acta Teil B[J], 160(2019)105684

Huang Weihua, He Chunjing, Zhao Weiqian, Qiu Lirong, Journal of Optics [J], Band 40, Ausgabe 24, Dezember 2020.