Kada svjetlost Sunca pomoću staklene leće fokusiramo na papirić ili suhi list možemo toliko podići temperaturu u jednoj točki da dođe do požara. Jednako tako ako pomoću staklene leće fokusiramo lasersko svjetlo na malu površinu nekog materijala doći će zagrijavanja površine i kratkotrajnog izbacivanja (isparavanja) materijala. Najčešće se koriste snopovi kratkotrajnih pulseva svjetlosti (nanosekundni). Golema koncentracija fotona (djelića svjetlosti) unutar male površine na meti u kratkom vremenu, u međudjelovanju s metom, izbacuje elektrone iz krutog materijala. Meta se topi u tankom površinskom sloju i atomi i molekule izljeću iz mete. Elektroni apsorbiraju preostale fotone iz laserskog snopa i dodatno se ubrzavaju. Takvi energetski elektroni atomiziraju i ioniziraju čestice isparenog materijala. Nad metom se stvara plazma koja se brzo širi u prostor. Od vrlo vruće i guste plazme u prvim trenucima plazma prelazi u hladnu i rijetku nekoliko mikrosekundi nakon početnog pulsa. Taj proces nazivamo laserska ablacija ili laserom inducirana plazma.

Postoji niz primjena tog procesa u znanstvenim istraživanjima i tehnološkim procesima. Ovisno od svojstva materijala (npr. tvrdoće) energije laserskog pulsa i njegovog vremenskog trajanja, te boje lasera, moguće je sa neke mete skidati od samo slojeva atoma i molekula, do slojeva nano ili mikrometarske debljine samo jednim bljeskom. Kako energija pulsa raste laser buši metu, reže i najčvršće materijale, stvara plazmu u kojoj se čestice ubrzavaju do brzina zanimljivim za akceleratore ili se stvara toliko gusta plazma da je u njoj moguće postići fuziju.

Slika prikazuje oblak laserski inducirane plazme pri udaru fokusiranog snopa Nd-Yag lasera na površinu kompozitne mete AlLiH4 materijala. Meta se nalazi u vakuumu unutar čelične komore. Označene su glavne zone oblaka i tipični rasponi njihovog trajanja, te osnovne karakteristike

Neke primjene laserske plazme u slici:
Modifikacija strukture površina (primjer: modifikacija PET polimera s primjenom u biotehnologiji, modifikacija površine čelika)
Slika prikazuje površinu polimera PET snimljenu pomoću elektronskog mikroskopa. Prilikom kratke interakcije nekoliko pulseva XeCl lasera valne duljine 308 nm došlo je do formiranja heksagonalnih struktura mikrometarske veličine. Moguće primjene su u biotehnologiji, u stvaranju površina pogodnih za rast stanica.



Slika prikazuje površinu čelika nakon udara jednog pulsa XeCl lasera (308 nm) energije oko 100 mJ. Snimljena je pomoću optičkog mikroskopa (snimio prof. Stubičar PMF Zagreb). Duljina otiska je oko 1 mm. Vide se "zamrznuti" valovi nastali u rastopljenom površinskom sloju čelika.




Stvaranje čestica u plazmi (od nano do miko metarske veličine)
Slika prikazuje čestice nastale laserskom ablacijom mete titana u atmosferi kisika pomoću Nd-YAG lasera. Meta se nalazi unutar staklene cijevi (pri dnu slike). Svjetleće čestice izlječu daleko od mete, i što je posebno zanimljivo reflektiraju se od stjenki cijevi (gotovo da poštuju zakon refleksije za svjetlost) i svjetle još dugo nakon refleksije. Na sličan način igrajući se raznim parametrima kao što je energija laserskog pulsa, ili vrijeme trajanja, moguće je proizvesti različite čestice od nanometarskih dimenzija naviše.




LIBS - Laserom inducirana "breakdown" spektroskopija

Slika prikazuje lasersku plazmu na zraku. Meta je kompozit grafita i polimera. Spektralnom analizom svjetlosti moguće je odrediti sastav mete.








LIBS (engl. laser induced breakdown spectroscopy) je metoda koja se temelji na laserskoj ablaciji i brzom prikupljanju spektara (u jednoj sekundi može snimiti desetke spektara). Zbog toga se kaže da je to "real-time" spektroskopija.

Laserski puls fokusiran preko leće pada na uzorak i isparuje malu količinu ispitivanog uzorka (reda veličine 1 mikrogram) koji se zagrijava i stvara oblak vruće plazme s temperaturom višom od 1000 K. Pri toj temperaturi ispareni materijal se atomizira i sadrži visoko pobuđene ione i atome.

U vremenima kraćim od oko 100 ns plazma zrači kontinuum koji ne sadrži korisne informacije o uzorku koji se ispituje, no kroz vrlo kratko vrijeme plazma se širenjem hladi i rekombinira pri čemu se javlja karakteristično zračenje elemenata prisutnih u uzorku. Ta se emisija skuplja pomoću optičkog svjetlovoda i odvodi na brzi CCD spektrometar, odakle se digitalizirani podaci mogu obrađivati na računalu.

Budući da vrlo mala količina uzorka sudjeluje u procesu laserske ablacije LIBS se smatra relativno nedestruktivnom metodom.

LIBS pokazuje mnoge prednosti u odnosu na druge metode prvenstveno zbog mogućnosti brzog prikupljanja spektara, detekcije širokog spektralnog područja (200-1100 nm), tako da se pomoću njega može vršiti analiza bilo kojeg kemijskog elementa, u bilo kakvom materijalu.

LIBS zahtijeva minimalnu ili nikakvu pripremu uzorka koji se ispituje bilo da je riječ o krutini, tekućini ili plinu.

LIBS je vrlo pogodan za mjerenje koncentracije elemenata u tragovima i vjeruje se da će u budućnosti zauzimati važnu ulogu u medicinskoj dijagnostici benignih i malignih stanica tumora budući da je ustanovljeno da se koncentracije elemenata u tragovima znatno razlikuju za zdrave i kancerogene stanice. Budući da vrlo male količine uzorka sudjeluju u procesu ablacije, LIBS se može koristiti čak i u analizi pigmenata korištenih na umjetničkim slikama.

Pri optimalnim uvjetima, ova je tehnika minimalno destruktivna (dva laserska pulsa fokusirana na površinu uzorka rezultiraju kraterima na površini promjera ne većeg od 40 mikrometara i dubine do 10 mikrometara).

Jedna od najvećih prednosti LIBS-a je mogućnost analize dubinskog profila uzorka uzastopnom laserskom ablacijom jednog dijela površine uzorka. Ova se mogućnost LIBS-a može koristiti u svrhu otklanjanja nečistoća sa raznih površina.

LIBS danas nalazi veliku primjenu u industriji budući da je to najefikasnija analitička metoda za analizu elemenata u tragovima prije svega zbog mogućnosti "on-line" praćenja kvalitete u svim fazama industrijske proizvodnje.

U zadnje vrijeme postoji veliko zanimanje za primjenom LIBS-a u stomatologiji budući da se javio interes za femtosekundnim laserima kao alternativom klasičnim mehaničkim bušilicama što bi omogućilo razvoj bezkontaktnih bušilica. LIBS bi u tom slučaju omogućio praćenje procesa bušenja tako što bi analizirao svjetleću plazmu na licu mjesta te bi se na taj način postigla kontrola količine otklonjenog (ablatiranog) materijala zuba. U praksi se uglavnom otkloni više zdravog tkiva nego što je potrebno.

Zbog pokazanog interesa za LIBS-om, u novije vrijeme se javlja potreba za minijaturizacijom pripadnih komponenti i razvojem kompaktnih, portabilnih sistema. Portabilni LIBS sistemi su veće osjetljivosti, brzine i mogu detektirati šire spektralno područje od trenutnih konkurenata.