[發明專利]單光源雙波長激光誘導擊穿光譜測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201310488774.9
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103529000A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 李新忠;湯潔;王屹山;趙衛;段憶翔
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

技術領域

本發明屬于激光診斷和光譜分析技術領域，具體涉及一種物質元素含量分析的單光源雙波長激光誘導擊穿光譜測量裝置及方法。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(Laser-induced?Breakdown?Spectroscopy，LIBS)技術是利用高功率密度激光聚焦在待測樣品表面，產生10000K～20000K高溫的激光等離子體，通過對等離子體中包含的原子、離子、分子所發射光譜波長的測定分析，確定待測樣品中元素的組成。LIBS技術運行成本低、測量速度快，具有高靈敏度、無需或或只需簡單的樣品預處理，便能夠實現對樣品的多元素同步快速檢測，已經被嘗試應用于物體元素成分診斷等領域。

傳統LIBS技術采用單脈沖激光作為光源，當激光脈沖照射在待測樣品表面時，在激光脈沖入射方向上的等離子體區域的電子密度較大，對激光能量起到了屏蔽作用，使得后續激光能量無法到達待測樣品表面，阻止了待測樣品的繼續燒蝕，因此，探測到的等離子信號較弱，限制了其應用范圍。為解決這一問題，比較成功的是采用雙脈沖激光對等離子體信號進行增強。

經文獻檢索，專利“光電雙脈沖激光誘導擊穿光譜儀及光譜分析方法”(CN101620183B)，在單脈沖LIBS的基礎上加入第二個高壓電脈沖來增強等離子體中的原子輻射強度，以提高光譜檢測的靈敏度；專利申請“雙脈沖激光誘導擊穿光譜儀系統及其光譜分析的方法”(公開號為CN102854172A，公開日為2013.01.02)，旨在實現光譜分析的全自動化；專利申請“基于雙脈沖激光的粉狀物質元素含量測量方法”(公開號為CN102788772A，公開日為2012.11.21)，該方法旨在提高在線檢測速度和測試結果的重復性；專利申請“一種紅外紫外雙脈沖激光誘導擊穿光譜在線原位檢測裝置”(公開號為CN102507511A，公開日為2012.06.20)，該裝置旨在增強激光等離子體的光譜輻射強度，提高光譜檢測的靈敏度。

分析可知，在上述雙脈沖LIBS技術中，等離子體信號增強的實現，要么采用兩個激光器，要么將其中一個激光器以高壓放電裝置來代替；這就導致了測試裝置存在結構復雜、體積龐大、成本高昂的缺陷，限制了LIBS技術的應用范圍。

發明內容

本發明為克服以上現有技術存在的問題，提供了一種單光源雙波長激光誘導擊穿光譜測量裝置以及光譜測量方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種單光源雙波長激光誘導擊穿光譜測量裝置，主要包括脈沖激光器、倍頻晶體、分光鏡、第一全反射鏡、第二全反射鏡、光快門、待測樣品載臺、光纖收集頭、光譜儀、同步延遲控制器和計算機；

所述的脈沖激光器產生的激光通過倍頻晶體后分為基頻光和倍頻光，照射在分光鏡上；

所述的分光鏡對基頻光高反射、對倍頻光高透射，經過分光鏡后，基頻光和倍頻光被分為兩個光路；所述的倍頻光經所述第一全反射鏡反射后垂直照射于待測樣品的表面；所述的基頻光經過所述光快門、然后被所述第二全反射鏡反射后平行照射在待測樣品表面的上方1-5mm處；

待測樣品被激發出的等離子體產生的光譜信號會聚至光纖收集頭，傳送至光譜儀；

所述的計算機與同步延遲控制器、光譜儀分別相連，用以負責參數設置、通信和總體控制；所述的同步延遲控制器根據計算機設置的參數對脈沖激光器、光快門以及光譜儀的同步和延遲進行控制；所述的光譜儀獲得的光譜信號傳遞給計算機進行數據分析。

基于上述基本方案，本發明還作如下優化限定和改進：

在第一全反射鏡后方設置有第一會聚透鏡，在第二全反射鏡后方設置有第二會聚透鏡，在光纖收集頭與待測樣品載臺之前設置有第三會聚透鏡。

上述待測樣品載臺為可移動平臺，由計算機控制可移動平臺的水平移動；光纖收集頭收集到的光譜信號通過多路光纖傳送至光譜儀。

采用上述單光源雙波長激光誘導擊穿光譜測量裝置進行光譜測量的方法，主要包括以下步驟：

步驟1、放置待測樣品，利用計算機設置同步延遲控制器、光譜儀和移動平臺的參數；

步驟2、脈沖激光器發出高功率激光照射在倍頻晶體上，激光束被分為基頻光和倍頻光，經過分光鏡后，基頻光和倍頻光被分為兩個光路；倍頻光經第一全反射鏡反射后垂直照射在待測樣品上，產生等離子體火花；

步驟3、經過10-30μs的時間延遲后，同步延遲控制器給光快門發布打開命令，基頻光通過光快門后照射在第二全反射鏡上，反射光平行于待測樣品表面的方向對等離子體羽再次加熱；