[實用新型]基于單束光分束的激光誘導擊穿光譜分析裝置

有效

• 申請號: 201220634312.4
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN202916196U
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 段憶翔;楊光;林慶宇
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/01
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

技術領域

本實用新型屬于光譜分析技術領域，涉及一種激光光譜分析技術，尤其是一種基于單光束分束技術產生雙光束的激光誘導擊穿光譜分析技術，具體涉及一種雙光束激光誘導擊穿光譜分析方法及其實施裝置。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(Laser?Induced?Breakdown?Spectroscopy，LIBS)技術是一種新型原子發射光譜技術，該技術憑借著檢測速度快、多組分同時測定、具備現場原位分析能力和無需復雜的樣品前處理等優勢，廣泛應用于油氣開采、地質勘探、冶金電力和環境監測等諸多領域。但是近幾年來，其較低的靈敏度和較高的檢出限已經成為制約LIBS技術發展的瓶頸，因此得到廣大LIBS研究人員的高度重視。目前針對此類問題的解決方案主要包括：

1.?基于微波輔助的信號增強方法：該方法在待測樣品周圍加入微波能量，通過改變激光誘導等離子體的生存環境，實現了對LIBS光譜信號的增強；

2.?基于高壓放電輔助的信號增強方法：該方法在激光誘導等離子體處加入兩個高壓電極，通過高壓放電對等離子體實現二次激發，實現了對LIBS光譜信號的增強；

3.?基于激光雙脈沖的信號增強方法：該方法利用兩個激光器和一個延時器產生兩個具有一定延遲時間(微秒級)的激光脈沖，通過兩個激光脈沖先后與樣品或激光誘導等離子體進行作用，實現對等離子體的二次激發，提升了LIBS光譜信號的強度。

上述解決方案在不同程度上提升了LIBS光譜信號的強度，雖然實現方法有所不同，但是其基本原理同屬一類，即基于第二個激發源所提供的額外能量(例如微波、高壓放電、脈沖激光等)，增加激光誘導等離子體的激發效率，進而達到提升LIBS的靈敏度和降低檢出限的目的。由此可見，此類方案實現的先決條件是：在原有的LIBS系統上增加一個激發源，為等離子體提供額外的激發能量。然而所增加的激發源將為LIBS系統增加額外的裝置或附件(例如微波腔體、微波發生器、高壓脈沖電源、激光諧振腔、泵浦燈水冷裝置等)，此類裝置或附件，體積較大、結構復雜并且價格昂貴，勢必會增加LIBS系統的實現成本和實驗裝置的復雜程度，這將不利于LIBS信號增強技術以及相關裝置的推廣與應用。

發明內容

針對上述現有LIBS信號增強技術的現狀和存在的問題，本實用新型的目的旨在提供一種全新結構的基于單束光分束的激光誘導擊穿光譜分析裝置，以豐富LIBS信號增強的方式，克服現有LIBS信號增強技術存在的實施裝置結構復雜，裝置成本高等問題。

用于實現本實用新型上述目的的基于單束光分束的激光誘導擊穿光譜分析裝置，主要包括光路相應聯接的激光源、激光分束裝置、直路光學傳輸裝置、旁路光學傳輸裝置，以及光纖探測器、光譜儀和數據分析器，所述激光分束裝置將激光源發射的一束激光分成兩束激光，其中一束激光由直路光學傳輸裝置聚焦后垂直入射到樣品表面，另一束激光由旁路光學傳輸裝置調整激光入射角度至與垂直入射激光在樣品表面上的作用點重合的角度并經聚焦入射到樣品表面，兩束激光共同激發樣品產生等離子體，檢測窗口對準等離子體的光纖探測器由光纖與光譜儀相連，將等離子體發射光譜耦合進光譜儀，光譜儀通過USB數據線將采集的光譜數據傳輸給數據分析器對樣品成分進行檢測分析。

由于本實用新型涉及一種激光光譜類儀器，為了便于表述各裝置之間的關系，將裝置的入射光方向和節點定義為“光輸入接口”，將裝置的出射光方向和節點定義為“光輸出接口”，當前一個裝置的“光輸入接口”與緊接的后一個裝置的“光輸出接口”相連時，表示前一個裝置輸出的光束的方向與后一個裝置的光束入射方向相同，并通過入射節點。根據上述定義，本實用新型的實施裝置還可描述為：激光源的“光輸出接口”與激光分束裝置的“光輸入接口”連接，激光分束裝置將該束激光分成直路激發激光和旁路激發激光兩束激光，其中直路激發激光的“光輸出接口”與直路光學傳輸裝置的“光輸入接口”連接，旁路激發激光的“光輸出接口”與旁路光學傳輸裝置的“光輸入接口”連接，直路光學傳輸裝置和旁路光學傳輸的“光輸出接口”輸出的激光作用到樣品表面上同一個點，并產生等離子體；光纖探測器的檢測窗口對準等離子體，并經過光纖與光譜儀相連，將等離子體發射光譜耦合進光譜儀，光譜儀通過USB數據線將采集的光譜數據傳輸給數據分析器，完成對樣品成分的分析。

在上述技術方案中，激光源優選能量大于30毫焦，波長為1064nm的脈沖激光，激光源的波長也可以是532nm、355nm或266nm的脈沖激光，只要單束脈沖激光的能量大于30毫焦即可，具體激光源的波長選擇和能量選擇取決于實際需求。