La spectroscopie d'émission atomique induite par laser (LIBS) est une technique d'analyse élémentaire basée sur l'ablation laser et la spectroscopie d'émission atomique. Méthode de détection micro-destructive, elle se déroule en trois étapes : ablation laser, refroidissement et émission du plasma, et détection spectrale. Depuis son apparition, elle a fait l'objet de nombreuses études et applications grâce à ses avantages uniques : analyse rapide en temps réel, détection simultanée de plusieurs éléments, détection sans contact, large applicabilité, haute sensibilité et précision, et portabilité.

Actuellement, les applications LIBS traditionnelles utilisent souvent Lasers YAG, les lasers à impulsions ultracourtes femtoseconde/picoseconde, ou les lasers à dioxyde de carbone, etc. Chacun présente ses propres avantages et inconvénients. Le développement de lasers à verre erbium propose quelques pistes potentielles pour les applications LIBS.

Caractéristiques des lasers à verre erbium :

Les lasers à verre erbium émettent une lumière infrarouge moyenne de 1535 nm, une longueur d'onde sans danger pour l'œil humain. Ils conviennent aux applications de moyenne énergie (de l'ordre du mJ) et de faible fréquence de répétition (1 à 10 Hz), et sont particulièrement adaptés à la détection LIBS qui exige une énergie d'impulsion élevée. Cependant, leur conductivité thermique relativement faible limite leur capacité à supporter une puissance de fonctionnement continue élevée ; néanmoins, les exigences relatives aux impulsions peuvent être satisfaites grâce à une dissipation thermique optimisée.

Avantages potentiels :

(1) Détection améliorée de matériaux spécifiques

Les matériaux organiques, les plastiques, les composés contenant de l'hydrogène, etc., présentent une absorption plus forte à 1535 nm. L'utilisation de lasers à verre erbium comme source lumineuse peut accroître l'efficacité de l'excitation du plasma et renforcer le signal.

Les longueurs d'onde infrarouges moyennes peuvent réduire la réflexion de surface des métaux et autres matériaux conducteurs, atténuer l'effet de matrice et améliorer la stabilité de l'analyse.

(2) Sécurité oculaire et portabilité

Aucune protection stricte n'est requise, convient aux environnements ouverts (tels que les mines, la surveillance environnementale, etc. sur les sites industriels/de terrain).

Les lasers à verre erbium ont une structure compacte et une petite taille, ce qui les rend adaptés au développement d'appareils LIBS portables.

(3) Réduction des dommages aux échantillons

Le seuil d'ablation pour les échantillons thermosensibles (tels que les tissus biologiques, les reliques culturelles) est plus bas, ce qui peut réduire les dommages et convient à l'analyse du patrimoine culturel ou biomédicale.

Défis et limites :

(1) Efficacité d'excitation du plasma : La longueur d'onde des lasers en verre à l'erbium peut être plus difficile à ioniser pour certains éléments (en particulier les éléments à haute énergie d'ionisation) que la lumière ultraviolette/visible, et les paramètres expérimentaux (tels que la largeur d'impulsion, les conditions de focalisation) doivent être optimisés.

(2) Interférence spectrale : L'excitation des lasers à verre erbium peut produire un rayonnement de fond continu plus fort, qui doit être supprimé par détection retardée ou filtrage spectral.

Orientations futures de la recherche :

(1) Système LIBS à double faisceau : Combinaison de lasers à verre erbium (prétraitement/ablation) et de lasers Nd:YAG (excitation plasma) pour tirer parti de leurs avantages respectifs.

(2) Développement de nouveaux détecteurs : détecteurs à haute sensibilité adaptés à la bande infrarouge moyenne pour améliorer le rapport signal/bruit.

(3) Applications spécifiques aux matériaux : Solutions LIBS spéciales pour les matériaux organiques, les échantillons contenant de l'eau ou les matériaux industriels spécifiques (tels que les polymères, le charbon).

Perspectives des scénarios d'application :

(1) Domaines sensibles à la sécurité : Détection sur site dans l'aérospatiale et autres domaines nécessitant une sécurité oculaire.

(2) Échantillons biologiques et environnementaux : Analyse rapide d’échantillons contenant de l’eau ou des composants organiques (tels que des métaux lourds du sol, des nutriments pour les plantes).

(3) Dispositifs miniaturisés : Intégrés dans des véhicules aériens sans pilote ou des appareils portables pour l’exploration du terrain ou la détection d’urgence.

RealLightLes lasers sans danger pour les yeux de 1535 nm comprennent des lasers à verre erbium de faible énergie, des lasers à verre erbium à taux de répétition élevé et des lasers à verre erbium de haute énergie, etc., aidant à la sélection des applications laser LIBS.

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