LIBS

En se basant sur sa technologie unique de réseaux de Bragg en volume (réseaux non dispersifs), Photon etc. permet aux scientifiques et aux ingénieurs d’améliorer la sensibilité et de diminuer à la fois le coût et la taille des spectromètres classiques utilisés pour le LIBS. Tel qu’illustré à la figure 1, le spectromètre de Photon etc. est un filtre multibande employant une électronique et des photodiodes ultras rapides pouvant détecter simultanément n’importe quelles longueurs d’onde à l’intérieur d’une très large bande spectrale (de 380 nm à 2300 nm). Le spectromètre multibande de Photon etc. combine l’opto-mécanique nécessaire et l’électronique ultra rapide en un seul instrument. Les propriétés optiques des réseaux de Bragg en volume permettent de plus une large ouverture d’entrée, améliorant ainsi la détection en laissant passer une grande quantité de la lumière émise par le plasma. Par conséquent, la densité de flux peut être extrêmement élevée sans compromettre la résolution spectrale.

La mesure de bandes spectrales individuelle, comparée à la mesure d’un spectromètre est illustré à la figure 2. Dans cet exemple, nous pouvons voir l'acquisition de trois bandes discrètes pour l’analyse LIBS utilisant la technologie unique de Photon etc. Les trois bandes sont mesurées simultanément et offrent une grande sensibilité et une résolution spectrale élevée. L’efficacité de la mesure simultanée de chaque bande peut être ajustée à sa valeur maximale (l’efficacité de diffraction typique est d’au moins 85% par bande).

Photon etc. prototype présentement un instrument innovateur qui révolutionnera les spectromètres multibandes LIBS, procurant aux scientifiques et ingénieurs les avantages combinés suivants.

Avantages:
- Grande sensibilité;
- Dimension du système complet plus compacte que les spectromètres classiques;
- Meilleurs prix comparativement aux spectromètres classiques de même sensibilité;
- Technologie intégrée de spectrométrie, de détection de bandes et de synchronisation tout optique en un seul instrument.

Principe du LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)

a technique de Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) est utilisée pour caractériser les matériaux. Elle implique l’ablation laser d’une infime partie d’un échantillon afin de créer un plasma, et des technologies spectroscopiques pour analyser la lumière émise dudit plasma. Cette technique tout optique permet donc de déterminer la composition atomique de n’importe quel solide, liquide ou gaz.

Les techniques spectroscopiques actuelles utilisent généralement des réseaux dispersifs, jumelés à des barrettes CCD ou des matrices CCD pour capturer et analyser le spectre optique émis par le plasma. Un exemple d’un tel montage typique est illustré à la figure 3. Une expérience LIBS inclut premièrement un laser pulsé ayant des pulses suffisamment énergétiques pour créer le micro plasma. Il inclut aussi l’optique nécessaire à la focalisation du faisceau laser sur l’échantillon. Un système pour la collection de la lumière émise du plasma est aussi nécessaire. Ce système peut être un agencement de lentilles (télescope ou microscope) ou tout simplement une fibre ou un groupe de fibre optique. Il faut ensuite un système de détection et d’analyse du flux optique émis par le plasma. Ce système est typiquement composé d’un spectromètre et d’un détecteur CCD pour mesurer le signal. Enfin, un ordinateur et l’électronique de synchronisation du système sont nécessaires. Cette électronique sert à envoyer le signal du déclenchement au laser, à envoyer le signal du délai avant acquisition au détecteur CCD, et à envoyer le signal du temps d’acquisition à ce même détecteur CCD.

Durant les premiers instants suivant la création du plasma, le degré d’ionisation est extrêmement élevé et la température du plasma l’est aussi. À ce moment il y a recombinaison d’électron-espèces, et la création d’atomes neutres et de molécules. Le continuum optique associé au plasma, durant cette période, décroit plus rapidement que les lignes spectrales (figure 4). Ce continuum est principalement dû au rayonnement de freinage (Bremsstrahlung) et aux recombinaisons électron-espèce. À cause de cet effet transitoire, les systèmes LIB doivent avoir un système électronique ultra rapide et précis pour synchroniser adéquatement l’expérience. Dans cet exemple, l’acquisition du signal doit débuter quelques dizaines de µs après l’extinction du continuum. Pour d’autres applications, l’acquisition du signal doit débuter après quelques µs de délais, et ce, avec une résolution de l ‘ordre de 100ns.

La technique LIBS peut servir à analyser le spectre d’émission complet du plasma par ablation laser de l’échantillon. Toutefois, si la composition atomique de l’échantillon est connue, la technique LIBS peut être utilisée pour évaluer la quantité relative de chaque composante de l’échantillon ou pour contrôler la présence d’impuretés. Pour ces dernières applications, seulement quelques raies spectrales sont nécessaires. L’analyse qualitative ou quantitative par la technique LIBS ne demande donc souvent que quelques raies spectrales. Dans ces situations, le coût associé aux mesures du spectre complet avec une bonne sensibilité peut devenir rapidement élevé. En fait, pour des sensibilités élevées, les utilisateurs doivent coupler leur spectromètre à des camera ICCD afin de détecter et synchroniser adéquatement les mesures spectrales de la lumière du plasma.