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技術介紹
激光誘導擊穿光譜（Laser-induced breakdown spectroscopy，簡稱LIBS）作為一種近年來隨著激光及光譜學技術的發展而快速興起的新型光學元素分析技術，具有快速實時、可原位檢測及可遠程測量等優勢，被譽為“未來化學分析之星”。
其基本原理為當高能量的激光脈沖聚焦到樣品表面時，會使樣品表面的物質瞬間蒸發、電離，形成高溫、高密度的等離子體。這個等離子體包含了樣品中各種元素的離子和電子，這些離子和電子會在極短的時間內（一般在微秒級）發生復合和躍遷等過程，從而發射出具有特定波長的光子。這些光子的波長與等離子體中元素的種類有關，不同元素會發射出不同波長的光，形成特征光譜。LIBS是通過分析其特征發射光譜來分析樣品物性的一種表征手段。
在 LIBS 技術的發展過程中，探測器的性能對于整個系統的探測能力起著至關重要的作用。IsCMOS作為一種先進的探測器，其時間分辨和光子增益功能為 LIBS 技術帶來了顯著的性能提升，使其能夠采集混合在連續背景中的瞬態微弱信號，更好地滿足各種復雜分析任務的需求。
大連理工大學等離子體學科研究中心依托于大連理工大學物理學院、等離子體物理國家重點學科、三束材料改性教育部重點實驗室，致力于磁約束核聚變壁材料LIBS應用研究和激光燒蝕基本物理研究。是國內率先開展先進光譜等離子體診斷研究的團隊之一，發展了多種激光光譜診斷平臺，如激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）、激光誘導熒光光譜技術（LIF）、激光湯姆遜散射技術（TS）、光腔衰蕩光譜技術（CRDS）、激光散斑干涉技術（LSI）、太赫茲光譜診斷技術（THz）、飛行時間質譜（TOF），其中多項技術處于國內**地位。
產品應用：
近日，在大連理工大學等離子體學科研究中心李聰教授的邀請下，將卓立漢光自制的IsCMOS像增強型相機搭配全新推出的Omni-λ300s“影像譜王”光柵光譜儀應用到李聰教授的LIBS系統中，結果如下：
Cu原子在delay:200ns，width：5us下的發射譜線：
Mo原子在delay:250ns，width：5us下的發射譜線：
上述數據利用卓立漢光全新推出的IsCMOS采集，采用高效超快像增強器，配合＞95%量子效率制冷型IsCMOS相機，可實現低噪聲、超快門控拍照。上述特性使其在 LIBS 應用中能夠實現時間分辨光譜采集。
在 LIBS 過程中，等離子體的形成和演化是一個動態過程，不同時刻等離子體的溫度、電子密度等物理參數以及元素的發射光譜特征都有所不同。通過精確控制 IsCMOS的門控時間，可以選擇在等離子體發射光譜信號*強、干擾*小的特定時刻進行采集。例如，在等離子體形成后的極短時間內，可能存在較強的連續背景輻射，而經過一定時間延遲后，元素的特征譜線發射會更加明顯且背景干擾降低。IsCMOS能夠根據這一特性，靈活設置門控延遲時間和門寬，獲取不同時間階段的光譜信息，深入研究等離子體的演化過程，進而更精準地分析樣品的元素組成和含量，為 LIBS 技術在動態過程監測和瞬態現象研究等方面提供了有力手段。
IsCMOS具有超快光學門寬，＜3ns陰極光學門寬，內置精度＜10ps門寬控制器。下圖為門寬遞進10ps掃描納秒光源圖譜。
下圖為延時遞進200ps掃描納秒光源圖譜。
制冷型IsCMOS，芯片制冷溫度低于環境35℃，有效降低芯片暗噪聲。下圖為IsCMOS*低背景基線。
IsCMOS具有2048*2048像素陣列，這使得它能夠在 LIBS 光譜采集過程中實現高光譜分辨率。在 LIBS 分析中，不同元素的特征譜線往往非常接近，高光譜分辨率能夠清晰地分辨這些譜線，從而準確地識別出樣品中所含的各種元素及其含量。例如，對于一些過渡金屬元素，其相鄰的發射譜線可能僅有零點幾納米的波長差，IsCMOS可以精確地捕捉到這些細微的差異，為元素的精確分析提供了有力保障。
下圖為IsCMOS配合卓立全新推出的Omni-λ300S光譜儀，在保證紫外高通光量的前提下，在@2400g/nm光柵時測試分辨率可達0.05nm。此外軟件上優化了校正算法，多峰譜線波長校準，校準后汞燈各峰值精準度＜±0.2nm @1200g/nm。
作者簡介
李聰，大連理工大學物理學院，副教授、博士生導師、大連市先進聚變能源重點實驗室副主任、大連市高層次人才“高端人才”、大連市“青年科技之星”、中國博士后基金特別資助獲得者。參與重大科研項目10余項，獲遼寧省自然科學二等獎（排二）。在國際知名期刊發表SCI論文70余篇（第一/通訊20余篇）、授權中國發明**10余項、美國發明**1項。
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