En los últimos años, la tecnología de espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS) ha captado una atención creciente en el sector industrial, especialmente en la detección de aleaciones de aluminio y minerales de espodumeno. Los dispositivos LIBS portátiles más comunes siguen siendo de origen extranjero. Ante la inminente llegada de la era de las baterías de litio, ¿podrán los fabricantes nacionales de instrumentación lograr avances significativos en el campo de los LIBS portátiles, impulsados ​​por las nuevas demandas? El sector espera con interés esta respuesta.

La tecnología láser de estado sólido en dispositivos LIBS portátiles siempre ha representado un obstáculo en la tecnología LIBS. Actualmente, los principales láseres utilizados para las pruebas LIBS son: láseres de estado sólido bombeados por lámparas de destello (para uso en laboratorio), láseres de estado sólido bombeados por diodos en pila (para dispositivos portátiles) y láseres de microchip de ancho de pulso estrecho bombeados por diodos (con energía relativamente baja). Los láseres bombeados por diodos en pila siempre han sido un problema en las aplicaciones industriales debido a su alto consumo de energía, su reducido rango de temperatura de funcionamiento y la dificultad para controlar la estabilidad de la potencia.

Recientemente, el láser de vidrio de erbio de 1535 nm se ha utilizado ampliamente en entornos hostiles, como el militar, debido a su rendimiento especial. Al mismo tiempo, también ha recibido gran atención por parte de los fabricantes de dispositivos portátiles LIBS y los profesionales de la industria. Para verificar el rendimiento de la aplicación del láser de vidrio de erbio de 1535 nm en el campo de LIBS, realizamos los siguientes experimentos de verificación de aplicación.

1. Verificación del rendimiento de la excitación láser

Tomando como ejemplo un láser de 1535 nm con un ancho de pulso de 7 ns, una energía de 1 mJ y una frecuencia de repetición de 10 Hz, la potencia pico del láser es de 143,8 kW. Al seleccionar un sistema de enfoque adecuado, el punto se enfoca a 100 μm, la densidad de potencia pico es de 1,82 GW/cm2, cumpliendo así las condiciones de excitación LIBS.

       Calidad de haz típica en TEM₀₀   

Ancho de pulso de 7 ns

2. Comparación de los efectos de excitación entre láseres de 1064 nm y 1535 nm

En este experimento, se seleccionaron cuatro tipos de láseres para excitar muestras de latón, y se compararon y analizaron las diferencias en los datos espectrales LIBS de los distintos láseres.

Sistema de prueba

Para la prueba se seleccionaron dos láseres de 1064 nm y dos láseres de 1535 nm. Los parámetros principales de los cuatro láseres son los siguientes:  

1-1064nm-10Hz-10mj-10ns Azul

2-1064nm-1kHz-120μJ-750ps Verde

3-1535nm-1kHz-40μJ-5ns Rojo

4-1535nm-200Hz-70μJ-5ns Negro

Los espectros de excitación se comparan de la siguiente manera:

Espectros

En el diagrama de prueba, podemos observar que los datos espectrales de los láseres de 1064 nm y 1535 nm son prácticamente idénticos al excitar LIBS a frecuencias de repetición altas y bajas. No se aprecian diferencias en los efectos de excitación entre los láseres de 1535 nm y 1064 nm.

3. Prueba del efecto de excitación del láser de 1535 nm en minerales de metales ligeros.

Para verificar la viabilidad de 1535 nm en el campo de los metales ligeros, se utilizó un láser de 1535 nm y 1 mJ para analizar muestras de espodumeno a una frecuencia de repetición de 5 Hz. Los espectros de prueba son los siguientes:

Espectros de prueba de muestras de espodumeno utilizando el láser RealLight’ de 1535 nm y 1 mJ.

Los datos experimentales demuestran que el láser de 1535 nm puede excitar eficazmente las líneas espectrales características de los elementos BE. El uso de este láser permite detectar la composición del mineral.

El láser de vidrio de erbio tiene un amplio potencial de aplicación en equipos LIBS portátiles gracias a su principio de funcionamiento y su estructura.

En primer lugar, debido al coeficiente de absorción relativamente plano del espectro de absorción del vidrio de erbio en el rango de longitud de onda entre 910 nm y 950 nm, este láser puede funcionar en un amplio rango de temperaturas (-40~65 ℃) sin necesidad de control de temperatura y presenta una alta estabilidad de potencia.

Estabilidad energética < 1% (valor medido: 0,61%)

En segundo lugar, el láser se puede fabricar utilizando tecnología de encapsulado de semiconductores, con sellado de nitrógeno que garantiza la ausencia de condensación a bajas temperaturas de -40 °C. El volumen y el peso del láser son muy reducidos. Para un láser típico de 1 mJ, el peso del cabezal láser no supera los 20 g. El láser puede equiparse con un fotodetector (PD) para detectar la luz y activar el dispositivo de adquisición.

Láser de 1535 nm de RealLight

Además, dado que el láser no requiere control de temperatura TEC, el consumo energético total del sistema es extremadamente bajo. El tamaño del circuito puede ser de hasta 20 x 40 mm, lo que resulta adecuado para su uso prolongado en exteriores.

Las características mencionadas, sumadas al hecho de que los láseres de 1535 nm emiten en la región espectral segura para la vista, reducen considerablemente los riesgos de seguridad láser durante el uso del instrumento. Los dispositivos portátiles LIBS que utilizan un láser de vidrio de erbio de 1535 nm como fuente de luz están atrayendo la atención de fabricantes de equipos nacionales e internacionales.

RealLight, fundada en 2010, es una empresa de alta tecnología especializada en láseres semiconductores, láseres de microchips, láseres de ancho de línea estrecho, láseres de estado sólido de alta potencia, detección láser y tecnología de aplicaciones. Brindaremos soporte a los usuarios en el campo de las aplicaciones LIBS.

Se recomiendan los siguientes dos láseres de vidrio de erbio: