Autofocusing Airy Beams for Micrometer Scale Laser Induced Breakdown Spectroscopy

用于微米级激光诱导击穿光谱的自动聚焦艾里光束

基本信息

项目摘要

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is a technique used routinely for the analysis of the elemental**composition of materials. LIBS is relatively simple to use and allows for rapid, real-time analysis. A pulsed**laser is focused down to a high intensity spot on the material where it produces a short-lived high temperature**micro-plasma or 'spark' which produces copious amounts of light emission. The atomic line emissions from**such plasmas facilitates the identification of the elements within the material. Reducing the plasma volume**would both increase resolution and power efficiency of these methods, as well as open the door to novel**functionalities. However, depositing energy sufficient to create a plasma within small areas and volumes in**practical devices presents significant technical challenges, as the laser beam needs to be simultaneously**focused into the smallest possible spot and at the largest possible distance from the optical system. The aim of**this Engage project is to address such limitations, in particular by introducing the next generation of laser**systems for micro-chemical characterization and micro-processing, i.e. Autofocusing Airy Beams (AABs).**Such an innovation will allow to replace currently used Gaussian beams combined with bulky lens-based**focusing systems. In contrast, AABs are non-diffracting, follow curved trajectories in space, self-heal beyond**obstacles placed in their path and focus abruptly at a predesigned distance, without the help of lenses or mirror**systems. The use of AABs for micro-LIBS analysis will enable ground-breaking advances in the generation and**control of tightly focused beams, setting the basis for the realization of practical, reliable and affordable new**instruments with enhanced performances.**This six months Engage project will be divided in two main phases related to 1) the engineering of**spatiotemporal AABs to achieve optimal focusing conditions, and 2) the demonstration of micro-LIBS analysis**together with AABs. This project will benefits Gastops with innovative characterization techniques.
激光诱导击穿光谱 (LIBS) 是一种常规用于分析材料元素**成分的技术。 LIBS 使用相对简单,可以进行快速实时分析。脉冲**激光聚焦到材料上的高强度点,在该点上产生短暂的高温**微等离子体或“火花”,从而产生大量的光发射。来自**此类等离子体的原子线发射有助于识别材料内的元素。减少等离子体体积**将提高这些方法的分辨率和功率效率,并为新的**功能打开大门。然而,在实际设备中沉积足以在小面积和体积内产生等离子体的能量提出了重大的技术挑战,因为激光束需要同时**聚焦到尽可能最小的点,并与光学系统保持尽可能最大的距离。 **此 Engage 项目的目的是解决这些限制,特别是通过引入用于微化学表征和微加工的下一代激光**系统,即自动聚焦艾里光束 (AAB)。**此类创新将允许取代当前使用的高斯光束与笨重的基于透镜的**聚焦系统相结合。相比之下,AAB 是无衍射的,在空间中遵循弯曲轨迹,能够自我修复,超越路径中的障碍物,并在预先设计的距离处突然聚焦,无需透镜或镜子系统的帮助。使用 AAB 进行微型 LIBS 分析将在紧密聚焦光束的生成和**控制方面取得突破性进展,为实现实用、可靠且经济实惠的具有增强性能的新型**仪器奠定基础。**这为期六个月的 Engage 项目将分为两个主要阶段,涉及 1) 工程**时空 AAB 以实现最佳聚焦条件,以及 2) 微型 LIBS 分析**与 AAB 的演示。该项目将通过创新的表征技术使 Gastops 受益。

项目成果

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