1 广东石油化工学院理学院，广东 茂名 525000
2 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院，广东 佛山 528225
3 长春理工大学理学院，吉林 长春 130022
表面增强拉曼散射（SERS）技术在痕量检测等领域中具有重要的作用，制备周期性微纳结构，构建表面等离子体耦合体系，是当前实现高性能SERS基底的主要方法之一。鉴于传统周期性微纳制备技术成本高、效率低等不足，提出了激光干涉诱导向前转移（LIIFT）技术，利用三光束LIIFT制备周期性Ag微点结构，并分析了结构基底的SERS特性。研究结果表明：基于LIIFT技术可以实现Ag微点结构的大面积、高效制备，并且通过调节三光束干涉光场周期，可以实现对Ag纳米颗粒的可控制备。最后，以典型食品添加剂罗丹明B（RhB）为检测对象，验证了Ag微点结构的SERS特性。该研究表明LIIFT技术是一种高效制备SERS芯片的有效途径，在食品、环境及生物工程等领域中具有潜在的应用价值。
激光技术 激光干涉光刻 激光诱导向前转移 Ag微点结构 表面增强拉曼散射特性 中国激光
2024, 51(16): 1602406
1 山西大学 激光光谱研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
3 中石油化工股份有限公司石油化工科学研究院, 北京 100083
4 中国兵器科学研究院, 北京 100089
5 山西新华防化装备研究院有限公司, 山西 太原 030041
6 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
7 山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司, 山西 太原 030032
为了消除激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）中的自吸收效应，提高元素定量分析的精确度，同时满足工业中便捷分析元素的要求，需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术（self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy，SAF-LIBS）的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术，使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度，并将声光调制器（acousto-optic modulator，AOM）作为门控开关，从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器（intensified charge coupled device，ICCD）和中阶梯型光栅光谱仪，实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积，降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后，对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明，等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1 ~ 50 kHz激光重复频率范围内，Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱，确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下，Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小，在45°处信噪比最高，且在一定的积分时间下，最佳光学薄时间tot为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下，对Al元素进行定量分析和预测结果表明，Al元素定标曲线的线性度R2为0.982，平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽，同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点，有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。
激光诱导击穿光谱 自吸收免疫 光学薄 高重频激光器 声光门控 laser-induced breakdown and spectroscopy self-absorption free optically thin high repetition rate laser acousto-optic gating
1 广东大湾区空天信息研究院，广东 广州 510530
2 武汉国家光电研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院大学，北京 100049
4 俄罗斯研究中心库尔恰托夫研究所，俄罗斯莫斯科 125047
极紫外光源在半导体制造中的掩模检测、显微成像以及光谱计量等环节中有着重要的应用。激光诱导放电等离子体是产生极紫外光源的重要技术手段之一，搭建了一套二氧化碳激光诱导放电产生锡等离子体的实验装置，对产生的极紫外光谱进行了收集探测，并结合辐射磁流体动力学模拟对极紫外的辐射特性进行了分析。实验对比了激光等离子体和放电等离子体的极紫外辐射特性的区别，发现放电电压对激光诱导放电等离子体极紫外光的带内辐射强度有着重要影响。模拟发现，当电压为15 kV时，极紫外辐射总能量达到65.0 mJ，转化效率达到0.23%，光谱纯度达到1.69%。
激光光学 激光诱导放电等离子体 极紫外光 辐射磁流体动力学 转化效率
1 西安交通大学电气工程学院，电气绝缘与电力设备国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 西安交通大学电子科学与工程学院，电子物理与器件教育部重点实验室，陕西 西安 710049
面向天然页岩与砂岩矿物元素组分快速定量分析的检测需求，笔者搭建了具有自动化分析功能的显微分析激光诱导击穿光谱系统，并采用该系统对油气页岩与砂岩天然岩石样本进行了快速检测。分析了砂岩与页岩光谱的不确定度差异，形成了流程化的包括光谱数据提取、筛选、校正、归一化的预处理方法，有效降低了单一样本与样本间光谱不确定度。基于偏最小二乘回归，形成了模型输入参数优化流程，避免了模型过拟合与欠拟合，提高了定量预测准确度。对岩石中的Si、Ca、Fe、Al、Mg等元素进行了定量分析，多数样本的平均预测均方根误差小于1%。本研究为天然岩石的矿物组分分析与岩性识别提供了技术支持。
光谱学 激光诱导击穿光谱 页岩 砂岩 光谱预处理 元素定量分析
1 西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 中国原子能科学研究院，北京 102413
3 西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室，陕西 西安 710049
针对核工业辐照环境下铀等元素组分远程测量的需求，基于光纤式激光诱导击穿光谱系统，研究了铀矿石样品中铀元素谱线强度的影响因素及其定量测量方法。在实验中，采用光纤传输30 mJ脉冲激光并将其聚焦在铀矿石粉末压片上产生激光诱导等离子体，然后通过同轴光纤回传等离子体自发光。首先，研究了气氛环境对铀元素谱线的影响。结果显示：氦气气氛下铀质量分数为0.425%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比相比空气气氛下提高了1.37倍，同时，氦气气氛下铀质量分数为0.0726%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比达到了8.9。其次，根据谱线信噪比、信背比和净强度将系统的探测延时优化至1000 ns。最后，提出了一种基于内标法原理的多元线性定标方法，通过引入基质元素与铀的谱线比值进行回归，使得铀的检测限达到142 mg/kg，定量限达到426 mg/kg。与基于谱线峰值的单变量回归方法相比，所提多元线性定标方法将铀元素的定标决定系数R2从0.9711提升到0.9984，均方根误差从0.200%减小到0.0404 %。本文方法和研究结果可为铀元素含量的测量提供技术支撑。
光谱学 激光诱导击穿光谱 铀矿 元素检测 多元定标法
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜实验室，上海 201800
3 中国科学院强上海光学精密机械研究所激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
5 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO2/SiO2增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm2）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。
薄膜 增透膜 激光诱导损伤 时间分辨 等离子体 冲击波
1 陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021
2 西安交通大学 机械工程学院，西安 710049
3 西安交通大学 精密微纳制造技术全国重点实验室，西安 710054
针对商用低精度惯性测量单元具有高成本、制造工艺复杂、废弃后污染环境、不能生物降解等缺点，提出一种低成本、可生物降解的木制惯性测量单元。该设计包含平衡振子和非平衡振子单元，分别用于测量3轴加速度和3轴角加速度。采用激光诱导石墨烯的工艺在木梁上制备应变传感器阵列，并形成多组惠斯顿电桥测量电路。结果表明：加速度方面，X轴灵敏度为0.006 mV/g，Y轴灵敏度为8.695×10-4 mV/g，Z轴灵敏度为0.200 mV/g；角加速度方面，X轴灵敏度为0.285 mV/（rad/s2），绕Y轴旋转的灵敏度为0.305 mV/（rad/s2），绕Z轴旋转的灵敏度为0.765 mV/（rad/s2）。与有限单元法仿真结果对比，实验测量误差在10%以内，且具有良好的重复测量精度。该惯性测量单元在木制船舶、木制载具、木制家具等方面具有潜在的应用前景。
惯性测量单元 激光诱导石墨烯 陀螺仪 加速度计 木材 Inertial measurement unit Laser induced graphene Gyroscope Accelerometer Wood
哈尔滨工业大学可调谐（气体）激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080
在激光冲击强化（LSP）技术中，作为冲击载荷的驱动源头和能量来源，激光脉冲参数的不同选取决定着激光吸收机制取向、能量沉积程度乃至等离子爆炸行为规律的差异，进而对冲击载荷形态特征和材料表面强化效果产生重要的决定作用。本文对目前LSP技术中涉及的各类激光参数在激光驱动冲击效应中的作用机理、影响规律，以及在工艺配给上的研究和认知现状进行了综述。针对激光时域结构在决定等离子体膨爆行为和冲击载荷特征中的重要性，以及目前LSP普遍采用调Q激光器高斯时间波形的技术现状展开评述，并指出通过优化激光脉冲时域结构来提升光能向机械能的转换效率，或通过调节激光时域参数来实现精准操控冲击载荷特征具有可能性。
激光技术 激光冲击强化 表面处理 激光诱导冲击波 激光时域结构 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500004
