[發明專利]基于波分復用及時域交疊的激光誘導擊穿光譜系統及方法

有效

• 申請號: 201310250562.7
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103335986A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 萬雄
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及一種激光光譜探測方法，尤其涉及一種基于波分復用及時域交疊的激光誘導擊穿光譜(Laser-induced?breakdown?spectroscopy，簡稱LIBS)系統及探測方法。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(LIBS)探測技術是利用脈沖激光器發出的激光脈沖，經過聚焦透鏡聚焦到樣品，在聚焦點上獲得高能量的激光脈沖，使樣品燒蝕、蒸發、激發和電離化后形成高溫、高壓、高電子密度的等離子體火花，輻射出包含原子和離子特征譜線的光譜，可用于探測物質的元素組成。

傳統的LIBS探測方法利用低重頻單脈沖激光作為激勵源，單脈沖LIBS探測時，樣品靶材表面產生的沖擊波使得受激產生的等離子發射光譜信號衰減較大，因此測得的信號較弱，信噪比較小。此外，由于單脈沖激光中心波長單一，只針對部分元素具有較高的激發效率，因此無法較全面地得到待測樣品的元素組成。

為提高LIBS探測的信噪比及全面獲取待測樣品的元素組成，本專利提出一種基于波分復用及時域交疊的LIBS系統及探測方法，該方法把一束激光脈沖分解為若干束具有不同波長、不同時序的激光脈沖并進行合束，這些不同波長的激光脈沖依次經過一定的延時及時域交疊激發樣品同一個點。可選擇不同的倍頻晶體及OPO，得到一組合適的波分復用波長分布λ₁、λ₂、λ₃、...、λ_n-1、λ_n(n代表波分復用波長總數)，通過具有這些波長分布的激光脈沖所激發的LIBS光譜分析全面地得到待測樣品的元素組成。同時，由于各激光脈沖在時域的延時與交疊，在前一個激光脈沖誘導產生的等離體即將冷卻時注入后一個激光脈沖，可顯著提高探測信噪比。

發明內容

本專利的目的在于提供一種基于波分復用及時域交疊的LIBS系統及探測方法，克服傳統單脈沖LIBS的不足，提高LIBS探測的信噪比及全面獲取待測樣品的元素組成。

基于波分復用及時域交疊的激光誘導擊穿光譜系統包括比例分光鏡、高能量固體脈沖激光器、延時光學組件、光學延遲線、倍頻晶體或光學參量振蕩器、全反鏡、半反半透鏡、雙色鏡、多色鏡、帶孔反射鏡、光纖ICCD光譜儀、計算機和聚焦透鏡。

由高能量固體脈沖激光器2發出一束波長為λ₁的納秒級脈沖激光，經過1比n-1比例分光鏡1分成兩路，透過1比n-1比例分光鏡1的波長為λ₁占激光總能量的n分之一的第一個激光脈沖經過多色鏡B20首先到達聚焦透鏡19,經聚焦后穿過帶孔反射鏡18中心的小孔,到達樣品靶材16表面，樣品靶材經激光脈沖誘導產生等離子體；激光脈沖誘導產生的LIBS信號,經帶孔反射鏡18反射，透鏡17聚焦至光纖ICCD光譜儀14附帶的光纖探頭端面上，光纖ICCD光譜儀14將接受的由波長為λ₁的激光誘導產生的LIBS信號數據傳送至計算機15；

經1比n-1比例分光鏡1反射的波長為λ₁占激光總能量的n分之n-1的激光脈沖進入第一組延時光學組件3并透過第一組倍頻晶體或光學參量振蕩器6轉變為波長為λ₂的激光脈沖，經n-2比1比例分光鏡9分成反射及透射兩路，其中通過反射獲得的波長為λ₂能量為激光總量的n之一的第二個激光脈沖通過多色鏡A12及多色鏡B20反射后被透鏡19聚焦，聚焦后的激光脈沖穿過帶孔反射鏡8中心的小孔,到達樣品靶材16表面，樣品靶材經激光脈沖誘導產生等離子體；激光脈沖誘導產生的LIBS信號,經帶孔反射鏡18反射，透鏡17聚焦至光纖ICCD光譜儀14附帶的光纖探頭端面上，光纖ICCD光譜儀14將接受的由波長為λ₂的激光誘導產生的LIBS信號數據傳送至計算機15；此時因為激光脈沖經過了延時τ，保證樣品靶材在第一個激光脈沖誘導產生的等離子體即將冷卻時被注入第二個激光脈沖；