[发明专利]一种增强激光诱导击穿光谱强度的方法

说明书

本发明提出了一种增强激光诱导击穿光谱强度的方法，具体涉及一种利用金纳米粒子促进耐热电介质材料对飞秒激光的吸收，进而提高等离子体辐射光谱强度的方法，属于飞秒激光应用技术领域。通过热去湿的方法在耐热电介质材料表面覆盖一层金纳米粒子，在飞秒激光通过平凸透镜聚焦在材料表面的区域内，由于等离子体基元的作用，材料局部电磁场强度明显增强，从而改变耐热电介质材料对飞秒激光的吸收机制，最终提高等离子体的体积和辐射光谱强度。在相同激光通量下，谱线强度比采用传统的飞秒激光强数倍。

技术领域

本发明涉及一种增强激光诱导击穿光谱强度的方法，具体涉及一种利用金纳米粒子促进耐热电介质材料对飞秒激光的吸收，进而提高等离子体辐射光谱强度的方法，属于飞秒激光应用技术领域。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy，简称LIBS)是一种元素分析技术，这种技术利用聚焦透镜聚焦脉冲激光，然后激发及其少量的样品产生等离子体，最后利用光谱仪分析从等离子体中产生的光谱信号从而根据特征谱分析不同的元素。由于LIBS技术基本上可以分析任意状态下的任意元素，且能实现无损检测等优点，LIBS技术已广泛应用于例如矿物分析、生物分析、化学分析、环境分析、核物质分析以及考古分析等等领域。然而普通的LIBS技术相比与其他分析技术有两大缺点：分析精度低以及重复性差。为了提高LIBS的灵敏度和精度，近年来，大量的研究致力于提高LIBS光谱信号的强度。提高LIBS光谱信号强度的方法主要有以下几类：双脉冲方法(分为共轴和正交两种形式)、等离子体约束、电火花辅助增强、磁场辅助增强、微波辅助增强、共振吸收增强、火焰增强等方法。

以上方法都有各自的缺点，比如双脉冲方法实验光路复杂，电火花辅助需要额外的设备等等。专利CN105067572A公布了一种增强激光诱导击穿光谱的方法和装置，该方法是用微波发生器产生的微波对等离子体加热实现光谱信号增强，但该方法实验设备较为复杂；专利CN105067571A公布了一种增强激光诱导击穿光谱的装置，该发明是通过改变背景气体以及用其他装置汇聚等离子体辐射来增强光谱信号，但该方法同样装置较为复杂。

发明内容

本发明的目的是为了提高耐热电介质材料击穿光谱的强度，提出了一种增强激光诱导击穿光谱强度的方法，具体利用金纳米粒子辅助的飞秒激光脉冲烧蚀耐热电介质材料等离子体辐射光谱的增强方法，通过热去湿的方法在耐热电介质材料表面覆盖一层金纳米粒子，在飞秒激光通过平凸透镜聚焦在材料表面的区域内，由于等离子体基元的作用，材料局部电磁场强度明显增强，从而改变耐热电介质材料对飞秒激光的吸收机制，最终提高等离子体的体积和辐射光谱强度。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

步骤一，通过离子刻蚀的方法在耐热电介质材料表面镀上一层纳米厚度的金膜；

步骤二，通过热去湿方法在耐热电介质材料表面形成纳米粒子，具体方法是把镀上金膜的耐热电介质材料放入马弗炉中并设置好马弗炉的参数；

步骤三，调节加工光路，将得到的耐热电介质材料固定在样品台上，设置激光频率，调节两个石英平凸透镜使等离子体辐射光谱信号能够聚焦到光纤中，并最终能够通过光纤将光谱信号传入光谱仪，最后设置好光谱仪和ICCD的参数；

步骤四，调整激光功率，激光经过聚焦后烧蚀耐热电介质材料，同时采集耐热电介质材料等离子体光谱。

有益效果

1.在相同的实验条件下，采用有金纳米粒子的样品得到的等离子体，其辐射光谱的强度比采用普通的没有纳米粒子的样品提高数倍。

2.采用飞秒激光烧蚀覆盖有金纳米粒子的样品时，飞秒激光功率越强，等离子体光谱强度越强，当功率达到120mW时，等离子体光谱强度达到最大值；