激光诱导击穿光谱

激光激发光谱（LIBS）是一种使用高能激光脉冲作为激发源的原子发射光谱。 激光聚焦形成等离子体，原子化并激发样品。 只有当聚焦激光达到特定的光击穿阈值时，等离子体的形成才会开始，这通常取决于环境和目标材料。

2000年开发出宽带高分辨率光谱仪，并于2003年实现商业化。该光谱仪专为材料分析而设计，可使LIBS系统对低浓度化学元素敏感。

2000 年至 2010 年研究的 ARL LIBS 应用包括：

• 测试了哈龙替代剂的检测
• 测试了用于检测土壤和油漆中铅的现场便携式 LIBS 系统
• 研究了不同浴槽气体中铝块和铝氧化物的光谱发射
• 对 LIBS 羽流进行动力学建模
• 展示了对地质材料、塑料地雷、炸药以及化学和生物战剂替代物的检测和辨别

在此期间研究的 ARL LIBS 原型包括：

• 实验室 LIBS 设置
• 商业LIBS系统
• 便携式 LIBS 设备
• 为 100 米以上的爆炸性残留物检测和区分而开发的远距离 LIBS 系统。

LIBS 是可以在现场部署的几种分析技术之一，而不是纯实验室技术，例如 火花 OES。 截至 2015 年，最近对 LIBS 的研究集中在紧凑型和（单人）便携式系统上。 LIBS 的一些工业应用包括材料混合检测、钢中夹杂物分析、二次冶金炉渣分析、燃烧过程分析，以及针对特定材料回收任务的废料高速识别。 借助数据分析技术，该技术正在扩展到药物样品。

在多光子或隧道电离之后，电子被逆韧致辐射加速，并可能与附近的分子碰撞并通过碰撞产生新的电子。 如果脉冲持续时间很长，新电离的电子会被加速，最终会发生雪崩或级联电离。 一旦电子密度达到临界值，就会发生击穿并产生对激光脉冲没有记忆的高密度等离子体。 因此，致密介质中脉冲短的标准如下：如果在相互作用期间未达到雪崩电离阈值，则与致密物质相互作用的脉冲被认为是短的。 乍一看，这个定义似乎过于局限。 幸运的是，由于密集介质中脉冲的微妙平衡行为，不容易达到阈值。 负责平衡的现象是强激光脉冲在致密介质中传播期间通过丝化过程开始的强度钳位。

LIBS 的一个潜在重要发展涉及使用短激光脉冲作为光谱源。 在这种方法中，等离子柱是在气体中聚焦超快激光脉冲的结果。 自发光等离子体在低连续谱水平和更小的线展宽方面要优越得多。 这归因于在短激光脉冲的情况下等离子体密度较低，这是由于散焦效应限制了相互作用区域中的脉冲强度，从而防止了气体的进一步多光子/隧道电离。

对于由局部热平衡 (LTE) 中的单个中性原子种类组成的光学薄等离子体，从第 i 层到第 j 层的跃迁所发射的光子密度为

I i j ( λ ) = 1 4 π n 0 A i j g i exp − E i / k B T U ( T ) I ( λ )