레이저 유도 플라즈마 분광법(LIBS)은 레이저 어블레이션과 원자 방출 분광법을 기반으로 하는 원소 분석 기술입니다. 이는 미세 파괴 검출 방법이며, 검출 과정은 레이저 어블레이션, 플라즈마 냉각 및 방출, 그리고 분광 검출의 세 단계로 구성됩니다. LIBS는 개발 ​​이후 신속한 실시간 분석, 다중 원소 동시 검출, 비접촉 검출, 폭넓은 적용 범위, 높은 감도와 정확도, 휴대성 등의 고유한 장점으로 인해 광범위하게 연구되고 응용되어 왔습니다.

현재 전통적인 LIBS 응용 분야에서는 흔히 다음과 같은 방식을 사용합니다. YAG 레이저펨토초/피코초 초단펄스 레이저 또는 이산화탄소 레이저 등 각각 장단점이 있습니다. 이러한 레이저의 개발은 계속 진행될 것입니다. 에르븀 유리 레이저 LIBS 응용 분야의 잠재적인 방향을 제시합니다.

에르븀 유리 레이저의 특징:

에르븀 유리 레이저는 1535nm의 중적외선을 방출하는데, 이는 인체에 ​​안전한 레이저 파장입니다. 이 레이저는 중간 에너지(mJ 수준)와 낮은 반복률(1~10Hz)을 요구하는 응용 분야에 적합하며, 높은 단일 펄스 에너지가 필요한 LIBS 검출에 적합합니다. 그러나 열전도율이 비교적 낮아 높은 연속 작동 출력을 유지하기 어렵지만, 최적화된 열 방출을 통해 펄스 출력 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

잠재적 이점:

(1) 특정 물질의 향상된 검출

유기물질, 플라스틱, 수소 함유 화합물 등은 1535nm에서 강한 흡수율을 보인다. 에르븀 유리 레이저를 광원으로 사용하면 플라즈마 여기 효율을 높이고 신호 강도를 향상시킬 수 있다.

중적외선 파장은 금속 및 기타 전도성 물질의 표면 반사를 줄이고, 매트릭스 효과를 감소시키며, 분석의 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

(2) 눈 안전 및 휴대성

엄격한 보호 조치가 필요하지 않으며, 개방된 환경(예: 광산, 환경 모니터링 등 현장/산업 현장)에 적합합니다.

에르븀 유리 레이저는 구조가 콤팩트하고 크기가 작아 휴대용 LIBS 장치 개발에 적합합니다.

(3) 시료 손상 감소

생체 조직이나 문화재와 같은 열에 민감한 시료의 경우, 소실 임계값이 낮아 손상을 줄일 수 있으며 문화유산이나 생의학 분석에 적합합니다.

도전 과제 및 한계점:

(1) 플라즈마 여기 효율: 에르븀 유리 레이저의 파장은 자외선/가시광선보다 특정 원소(특히 이온화 에너지가 높은 원소)를 이온화하기가 더 어려울 수 있으므로 실험 매개변수(펄스 폭, 초점 조건 등)를 최적화해야 합니다.

(2) 스펙트럼 간섭: 에르븀 유리 레이저의 여기는 더 강한 연속 배경 방사선을 생성할 수 있으며 이는 지연 검출 또는 스펙트럼 필터링을 통해 억제되어야 합니다.

향후 연구 방향:

(1) 이중빔 LIBS 시스템: 에르븀 유리 레이저(전처리/절삭)와 Nd:YAG 레이저(플라즈마 여기)를 결합하여 각각의 장점을 활용합니다.

(2) 새로운 검출기 개발: 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 중적외선 대역에 맞는 고감도 검출기.

(3) 재료별 응용 분야: 유기 재료, 수분 함유 샘플 또는 특정 산업 재료(예: 폴리머, 석탄)에 대한 특수 LIBS 솔루션.

적용 시나리오 전망:

(1) 안전에 민감한 분야: 항공우주 및 기타 눈 안전이 요구되는 분야의 현장 감지.

(2) 생물학적 및 환경 시료: 물이나 유기 성분(토양 중금속, 식물 영양소 등)을 포함하는 시료의 신속 분석.

(3) 소형화된 장치: 현장 조사 또는 비상 감지를 위해 무인 항공기 또는 휴대용 장치에 통합됩니다.

리얼라이트1535nm의 눈에 안전한 레이저에는 저에너지 에르븀 유리 레이저, 고반복률 에르븀 유리 레이저, 고에너지 에르븀 유리 레이저 등이 포함되어 있어 LIBS 레이저 응용 분야 선택에 도움이 됩니다.

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