“買(mǎi)寶石的人，常常為難以辨別寶石的真假而煩惱，用飛秒激光探針打一打，很快就可以探明真偽，這一過(guò)程不僅快，而且對寶石的損傷可以忽略?！?月29日，武漢理工大學(xué)理學(xué)院教授盧景琦向科技日報記者介紹了神奇的飛秒激光探針。
最近，盧景琦帶領(lǐng)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(shù)（俗稱(chēng)激光探針）分別對 18 組標準煤樣進(jìn)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(xué)進(jìn)展》在線(xiàn)發(fā)表。盧景琦感嘆，飛秒激光探針在未來(lái)的在線(xiàn)快速檢測領(lǐng)域大有可為。
盧景琦科研團隊正在進(jìn)行實(shí)驗測試
“簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是用激光打到樣品上，激發(fā)出等離子體。然后，通過(guò)測等離子體的光譜，來(lái)獲得樣品中的元素成分和含量，這項技術(shù)就是激光誘導擊穿光譜技術(shù)?！北R景琦說(shuō)：大家形象的把它稱(chēng)為“激光探針”。
激光探針是一種新興的光譜分析技術(shù)，具有檢測方便、速度快、制樣簡(jiǎn)單、可以多元素實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測等優(yōu)勢。近十年來(lái)激光探針應用研究在石油化工、環(huán)境監測、生物醫學(xué)、食品安全、礦產(chǎn)探測、文物考古等多個(gè)領(lǐng)域不斷擴展。
2017年，盧景琦帶領(lǐng)團隊開(kāi)始應用激光探針對煤炭質(zhì)量進(jìn)行快速檢測的研究。
火電廠(chǎng)用煤做燃料，然而煤炭的質(zhì)量決定了燃燒的效率和污染排放的程度，所以火電廠(chǎng)需要根據煤的質(zhì)量來(lái)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，為了實(shí)現在線(xiàn)檢測，激光探針還沒(méi)有出來(lái)之前，電廠(chǎng)曾用過(guò)中子活化技術(shù)，利用中子放射源發(fā)射中子激發(fā)出γ射線(xiàn)來(lái)檢測煤炭中元素和含量。但由于中子源屬于放射性物質(zhì)，需要專(zhuān)門(mén)機構來(lái)管理，設備和維護成本都很高，企業(yè)往往不愿意使用。
他們研發(fā)出納秒激光探針，已用于煤炭質(zhì)量快速檢測，只需幾分鐘時(shí)間便可以得到結果。盧景琦說(shuō)，現在納秒激光探針已經(jīng)是一項成熟技術(shù)，其中的核心設備納秒激光器也越來(lái)越便宜了，進(jìn)口的也就20萬(wàn)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(shí)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(méi)等各種熱效應起來(lái)的時(shí)候激發(fā)就結束了，這種超短的時(shí)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?！北R景琦說(shuō)：從原理上來(lái)看，飛秒激光探針應該定量更準、測量更快，對樣品損傷更小。
但是由于國外飛秒激光器價(jià)格昂貴、體積超大，盧景琦研制飛秒激光探針在線(xiàn)檢測的想法一直無(wú)法實(shí)現。2018年一個(gè)偶然的機會(huì )得知武漢虹拓新技術(shù)公司自主研發(fā)的小型飛秒激光器取得突破，盧景琦第一時(shí)間與武漢虹拓飛秒激光器研發(fā)團隊進(jìn)行合作，開(kāi)發(fā)出可用于煤炭在線(xiàn)檢測的飛秒激光探針。在對 18個(gè)含有不同熱值的標準煤樣進(jìn)行熱值定量分析后，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(fā)脈沖光譜強度相對標準偏差更小，說(shuō)明穩定性更高，可重復性更好，也更加精準。
盧景琦一直致力于激光技術(shù)及激光應用領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)，曾在跨國公司做了6年多的生物成像產(chǎn)品研發(fā)，對于激光技術(shù)的應用和精密光學(xué)儀器設計積累了豐富的經(jīng)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污染。他說(shuō)，應用的領(lǐng)域非常多，比如油井礦物成分的分析，以及水資源、空氣污染的檢測等等。國家現在對土壤監測需求量特別大，把土壤樣品都送到實(shí)驗室去檢測比較麻煩，盧景琦設想將來(lái)做一套車(chē)載系統可以實(shí)現移動(dòng)檢測。
“這是一個(gè)具有巨大潛力的產(chǎn)業(yè)，也是各國正在搶占的技術(shù)高地?！北R景琦非?？春蔑w秒激光探針技術(shù)，他對科技日報記者說(shuō)，隨著(zhù)以武漢虹拓為代表的我國自主飛秒激光器的創(chuàng )新突破，價(jià)格會(huì )大幅降低，飛秒激光探針的普及指日可待。他希望國內通過(guò)產(chǎn)學(xué)研集群式創(chuàng )新，加快飛秒激光探針在各個(gè)領(lǐng)域的應用，從而打造中國自主領(lǐng)先的飛秒激光探針產(chǎn)業(yè)。
