Nos últimos anos, a tecnologia de Espectroscopia de Emissão Óptica Induzida por Laser (LIBS) tem recebido crescente atenção no setor industrial, especialmente nas áreas de detecção de ligas de alumínio e minério de espodumênio. Os principais dispositivos portáteis de LIBS ainda são importados. Com a aproximação da era das baterias de lítio, será que os fabricantes nacionais de instrumentos conseguirão inovar no campo dos dispositivos portáteis de LIBS, atendendo às novas demandas? O setor aguarda para ver.

A tecnologia de lasers de estado sólido em dispositivos LIBS portáteis sempre representou um gargalo para a tecnologia LIBS. Atualmente, os principais lasers utilizados para testes LIBS são: lasers de estado sólido bombeados por lâmpada de flash (uso em laboratório), lasers de estado sólido bombeados por diodos empilhados (aplicações em dispositivos portáteis) e lasers de microchip bombeados por diodos com largura de pulso estreita (com energia relativamente baixa). Os lasers bombeados por diodos empilhados sempre foram um ponto problemático em aplicações industriais devido ao seu alto consumo de energia, pequena faixa de temperatura de operação e dificuldade no controle da estabilidade de potência.

Recentemente, o laser de vidro Er: de 1535 nm tem sido amplamente utilizado em ambientes hostis, como em aplicações militares, devido ao seu desempenho excepcional. Ao mesmo tempo, também tem recebido grande atenção de fabricantes de dispositivos portáteis LIBS e profissionais da indústria. Para verificar o desempenho da aplicação do laser de vidro de érbio de 1535 nm no campo da LIBS, realizamos os seguintes experimentos de verificação de aplicação.

1. Verificação do desempenho da excitação a laser

Tomando como exemplo um laser de 1535 nm com largura de pulso de 7 ns, energia de 1 mJ e taxa de repetição de 10 Hz, a potência de pico do laser é de 143,8 kW. Ao selecionar um sistema de focalização adequado, o ponto focalizado atinge 100 μm, com densidade de potência de pico de 1,82 GW/cm², atendendo às condições de excitação LIBS.

       TEM com qualidade de feixe típica₀₀   

largura de pulso de 7ns

2. Comparação dos efeitos de excitação entre lasers de 1064 nm e 1535 nm

Neste experimento, quatro tipos de lasers foram selecionados para excitar amostras de latão, e as diferenças nos dados espectrais LIBS de vários lasers foram comparadas e analisadas.

Sistema de teste

Dois lasers de 1064 nm e dois lasers de 1535 nm foram selecionados para o teste. Os principais parâmetros dos quatro lasers são os seguintes:  

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

2-1064nm-1kHz-120μJ-750ps Verde

3-1535nm-1kHz-40μJ-5ns Vermelho

4-1535nm-200Hz-70μJ-5ns Preto

Os espectros de excitação são comparados da seguinte forma:

Espectros

A partir do diagrama de teste, podemos observar que os dados espectrais dos lasers de 1064 nm e 1535 nm são basicamente consistentes quando excitam o LIBS em altas e baixas taxas de repetição. Não há diferença nos efeitos de excitação entre os lasers de 1535 nm e 1064 nm.

3. Testando o efeito de excitação do laser de 1535 nm em minérios de metais leves.

Para verificar a viabilidade do comprimento de onda de 1535 nm no campo dos metais leves, um laser de 1 mJ com comprimento de onda de 1535 nm foi utilizado para testar amostras de espodumênio a uma taxa de repetição de 5 Hz. Os espectros obtidos nos testes são os seguintes:

Espectros de teste de amostras de espodumênio usando o laser RealLight de 1535 nm e 1 mJ.

Os dados experimentais mostram que o laser de 1535 nm consegue excitar eficazmente as linhas espectrais características dos elementos de baixo escalão. A utilização do laser de 1535 nm permite a detecção da composição do minério.

O laser de vidro de érbio possui um amplo potencial de aplicação em equipamentos LIBS portáteis, devido ao seu princípio e estrutura.

Em primeiro lugar, devido ao coeficiente de absorção relativamente plano do espectro de absorção do vidro de érbio na faixa de comprimento de onda entre 910 nm e 950 nm, este laser pode operar em uma ampla faixa de temperatura (-40 a 65 ℃) sem a necessidade de controle de temperatura, além de apresentar alta estabilidade de potência.

Estabilidade energética < 1% (valor medido de 0,61%)

Em segundo lugar, o laser pode ser produzido utilizando tecnologia de encapsulamento de semicondutores, com selagem a nitrogênio que garante a ausência de condensação em baixas temperaturas de -40 °C. O volume e o peso do laser são muito pequenos. Para um laser típico de 1 mJ, o peso da cabeça do laser não ultrapassa 20 g. O laser pode ser equipado com um fotodiodo (PD) para detectar a luz e acionar o dispositivo de aquisição.

Laser de 1535 nm da RealLight

Além disso, como o laser não precisa de controle de temperatura TEC, o consumo geral de energia do sistema é extremamente baixo. O tamanho do circuito pode ser de até 20x40mm, o que é adequado para uso prolongado em campo.

As características acima, combinadas com o fato de os lasers de 1535 nm emitirem na região espectral segura para os olhos, reduzem significativamente os riscos de segurança a laser no uso do instrumento. Os dispositivos portáteis LIBS que utilizam laser de érbio de vidro de 1535 nm como fonte de luz estão atraindo a atenção de fabricantes de equipamentos nacionais e estrangeiros.

A RealLight, fundada em 2010, é uma empresa de alta tecnologia especializada em lasers semicondutores, lasers de microchip, lasers de linha espectral estreita, lasers de estado sólido de alta potência, detecção a laser e tecnologia de aplicação. Oferecemos suporte aos usuários na área de aplicações LIBS.

Os dois lasers de vidro de érbio a seguir são recomendados: