飛秒激光探針,未來世界的“神探”?

  在近期,盧景琦帶領他的科研團隊剛剛完成了一項研究,用納秒、飛秒以及雙脈沖激光誘導擊穿光譜技術(俗稱激光探針)分別對18組標准煤樣進行了成分和熱值分析。這一研究成果已于近期在《激光與光電子學進展》在線發表。盧景琦感歎,飛秒激光探針在未來的在線快速檢測領域大有可爲。

  “簡單的說,就是用激光打到樣品上,激發出等離子體。然後,通過測等離子體的光譜,來獲得樣品中的元素成分和含量,這項技術就是激光誘導擊穿光譜技術。”盧景琦說:大家形象的把它稱爲“激光探針”。

  激光探針是一種新興的光譜分析技術,具有檢測方便、速度快、制樣簡單、可以多元素實時在線檢測等優勢。近十年來激光探針應用研究在石油化工、環境監測、生物醫學、食品安全、礦産探測、文物考古等多個領域不斷擴展。

  2017年,盧景琦帶領團隊開始應用激光探針對煤炭質量進行快速檢測的研究。

  火電廠用煤做燃料,然而煤炭的質量決定了燃燒的效率和汙染排放的程度,所以火電廠需要根據煤的質量來調整鍋爐的參數,以提高燃燒效率達到節能減排的效果。盧景琦介紹,爲了實現在線檢測,激光探針還沒有出來之前,電廠曾用過中子活化技術,利用中子放射源發射中子激發出γ射線來檢測煤炭中元素和含量。但由于中子源屬于放射性物質,需要專門機構來管理,設備和維護成本都很高,企業往往不願意使用。

  他們研發出納秒激光探針,已用于煤炭質量快速檢測,只需幾分鍾時間便可以得到結果。盧景琦說,現在納秒激光探針已經是一項成熟技術,其中的核心設備納秒激光器也越來越便宜了,進口的也就20萬元左右。

  “最新的研究成果是納秒、飛秒以及雙脈沖激光探針的比較研究,納秒、皮秒、飛秒脈沖時間都很短,納秒是10-9量級的,到了飛秒速度特別快,10-15量級,還沒等各種熱效應起來的時候激發就結束了,這種超短的時間特性,使得飛秒激光探針能夠很好地避免基體效應和分餾效應。”盧景琦說:從原理上來看,飛秒激光探針應該定量更准、測量更快,對樣品損傷更小。

  但是由于國外飛秒激光器價格昂貴、體積超大,盧景琦研制飛秒激光探針在線檢測的想法一直無法實現。2018年一個偶然的機會得知武漢虹拓新技術公司自主研發的小型飛秒激光器取得突破,盧景琦第一時間與武漢虹拓飛秒激光器研發團隊進行合作,開發出可用于煤炭在線檢測的飛秒激光探針。在對18個含有不同熱值的標准煤樣進行熱值定量分析後,證明飛秒激光探針比納秒激光探針具有更小的連續背景噪聲、單發脈沖光譜強度相對標准偏差更小,說明穩定性更高,可重複性更好,也更加精准。

  盧景琦一直致力于激光技術及激光應用領域的研究開發,曾在跨國公司做了6年多的生物成像天堂亚洲国产中文在线研發,對于激光技術的應用和精密光學儀器設計積累了豐富的經驗。盧景琦還將飛秒激光探針用于土壤檢測試驗,用于分析土壤中的重金屬汙染。他說,應用的領域非常多,比如油井礦物成分的分析,以及水資源、空氣汙染的檢測等等。國家現在對土壤監測需求量特別大,把土壤樣品都送到實驗室去檢測比較麻煩,盧景琦設想將來做一套車載系統可以實現移動檢測。

  “這是一個具有巨大潛力的産業,也是各國正在搶占的技術高地。”盧景琦非常看好飛秒激光探針技術,他對科技日報記者說,隨著以武漢虹拓爲代表的我國自主飛秒激光器的創新突破,價格會大幅降低,飛秒激光探針的普及指日可待。他希望國內通過産學研集群式創新,加快飛秒激光探針在各個領域的應用,從而打造中國自主領先的飛秒激光探針産業。
相關天堂亚洲国产中文在线