في مجال البحوث العلمية الحديثة والصناعية اختبار دقة تحديد وتحليل مكونات المواد ، وهيكل عملية دينامية أصبحت المتطلبات الأساسية لتعزيز التقدم التكنولوجي . على الرغم من أن التقنيات الطيفية التقليدية المستخدمة على نطاق واسع ، فإنها تواجه اختناقات في الحساسية ، القرار في الوقت الحقيقي . ومع ذلك ، مع ظهور مطياف الليزر عالية أحادية اللون ، سطوع عالية ، عالية الاتجاهية و الانضباطي من مصدر ضوء الليزر ، دقة التحليل الطيفي والقدرة على الابتكار . باعتبارها جسرا دقيقا بين الضوء و المسألة التفاعل ، مطياف الليزر كما اشاد " العين البصرية " لاستكشاف العالم الصغير ، ويستخدم على نطاق واسع في مجالات الرصد البيئي ، والطب الحيوي ، علم المواد ، تصنيع أشباه الموصلات ، والدفاع الوطني والأمن الفيزياء الأساسية البحث . في هذه الورقة ، من حيث المبدأ ، نوع ، ميزة التقنية ، وتطبيق نموذجي واتجاه التنمية ، تحليل شامل لهذا الصك .

ما هو مطياف الليزر ؟

مطياف الليزر هو جهاز التحليل الطيفي الذي يستخدم الليزر كمصدر ضوء الإثارة ، من خلال قياس امتصاص ، انبعاث ، نثر أو الإشارات البصرية غير الخطية التي تنتجها التفاعل بين المواد و الليزر ، مستوى الطاقة هيكل ، الاهتزاز الجزيئي ، عنصر تكوين أو تركيز المعلومات التي تم الحصول عليها . بالمقارنة مع التقليدية الطيف باستخدام مصابيح الهالوجين ، مصابيح الديوتيريوم ، هذا الأسلوب لديه ضيق جدا linewidth ( تصل إلى ميغاهيرتز ) ، سطوع طيفي و وقت ممتاز / القرار المكانية ، ويمكن الكشف عن إشارة ضعيفة لا يمكن تحديدها من قبل الطريقة التقليدية .

اعتمادا على آلية الكشف ، مطياف الليزر يتكون أساسا من الفئات التالية :

1 . الليزر التي يسببها الانهيار الطيفي ( ليبس ) : البلازما التي تنتجها عالية الطاقة ليزر نابض الاجتثاث عينة .

2 . رامان الطيفي : الحصول على البصمات الجزيئية المعلومات على أساس غير مرن تشتت الليزر و الاهتزاز الجزيئي .

3 . الصمام الثنائي ليزر الانضباطي طيف الامتصاص ( tdlas ) : من خلال المسح الضوئي ليزر الطول الموجي ، قياس امتصاص الغاز محددة في الأشعة تحت الحمراء القريبة من الفرقة ، من أجل الكشف عن أثر الغاز ؛

4 - مطياف الفلورية ( ليف ) : الإثارة الجزيئية مضان ، العلامات البيولوجية ، تشخيص الاحتراق ، الخ .

5 . تجويف تعزيز امتصاص الطيف ( CEAS ) و التنظير الطيفي ( باس ) : جنبا إلى جنب مع دقة عالية تجويف البصرية أو الصوتية للكشف عن تحقيق جزء في المليون أو حتى جزء في المليون مستوى حساسية عالية جدا الكشف .

مزايا التكنولوجيا الأساسية

1 . حساسية عالية جدا

كثافة الطاقة بعد الليزر التركيز يمكن أن تثير إشارة ضعيفة . على سبيل المثال ، tdlas بالكشف عن 0.1 جزء في المليون من غاز الميثان في الهواء ، ليبس يمكن إكمال تحليل تكوين سبائك معدنية في ثوان .

2 - الاستبانة الفائقة الطيفية

linewidth تردد واحد ليزر هو أصغر بكثير من أن جزيء امتصاص linewidth ، والتي يمكن حل الخطوط الطيفية المجاورة وتجنب التداخل .

3 . عدم الاتصال ، واختبار غير تدميري

معظم تقنيات التحليل الطيفي بالليزر لا تحتاج إلى أخذ العينات أو المعالجة ، ويمكن استخدامها في بيئات خطرة ، وارتفاع في درجة الحرارة ، لمسافات طويلة أو على الانترنت ( مثل مدخنة رصد الانبعاثات ، والكشف عن المرافق النووية ) .

4 - الاستجابة السريعة في الوقت الحقيقي

قياس واحد يمكن أن تكتمل في ميلي ثانية واحدة ، والتي هي مناسبة لرصد عملية دينامية ، مثل درجة حرارة اللهب في مجال محرك الاحتراق ، وسيطة تتبع التفاعلات الكيميائية .

5 - الانتقائية المكانية القوية

الليزر يمكن أن تركز على نطاق ميكرون لتحقيق تحليل مكونات المنطقة الصغيرة ( مثل خلية واحدة رامان التصوير رقاقة عيب التعريب ) .

تطبيق نموذجي المشهد

1 - رصد البيئة والغلاف الجوي

نشر في محطة نوعية الهواء في المناطق الحضرية أو منصة الطائرات بدون طيار ، في الوقت الحقيقي رصد ثاني أكسيد الكربون ، الفصل ، nh ₃ وغيرها من غازات الدفيئة . ليبس كان يستخدم لفحص التلوث بالمعادن الثقيلة في التربة بسرعة .

2 - الطب البيولوجي وعلوم الحياة

المجهر متحد البؤر رامان يمكن التعرف على الخلايا السرطانية والأنسجة الطبيعية من دون علامات . ليف كان يستخدم في تسلسل الحمض النووي والبروتين التشكل .

3 - مراقبة العمليات الصناعية

في تصنيع أشباه الموصلات ، على الخط رصد تركيز الكلور ، CF ، الخ . في صهر الحديد والصلب ، ليبس يحلل تكوين المعادن المنصهرة في الوقت الحقيقي ، وتوجيه سبيكة نسبة .

4 - حماية التراث الثقافي

المحمولة رامان الطيفي يمكن استخدامها لتحديد الصباغ الصقيل السيراميك القديمة في الموقع لتجنب أخذ العينات الضرر .

5 - الدفاع والأمن

تقنية الليزر الطيفي يمكن الكشف عن بقايا المتفجرات عن بعد ، ويمكن استخدامها في المطارات والحدود التفتيش .

مطياف الليزر ليس فقط أداة دقيقة في المختبر ، ولكن أيضا شعور جديد من العالم المادي . فإنه يترجم غير مرئية الاهتزازات الجزيئية و التحولات الذرية في الطيف المرئي ، مما يسمح للعلماء " انظر " كسر وتشكيل الروابط الكيميائية ، المهندسين " سماع " همسات جزيئات الغاز . تحت قيادة استراتيجية وطنية مثل تحييد الكربون ، دقة العلاج الطبي و التصنيع الذكي ، ليزر تكنولوجيا التحليل الطيفي هو الانتقال من " عالية الباردة البحث العلمي " إلى " التطبيق الشامل " . في المستقبل ، جنبا إلى جنب مع تكنولوجيا الفوتون والذكاء الاصطناعي التكامل العميق ، هذا زوج من " العين البصرية " بالتأكيد سوف نرى أكثر وضوحا ، أبعد وأكثر ذكاء ، وسوف تستمر في إلقاء الضوء على الاستكشاف العلمي والابتكار الصناعي في الطريق إلى الأمام .