[實用新型]基于遠程變焦光路復用的LIBS測試系統

有效

• 申請號: 201320461535.X
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN203385666U
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 萬雄;舒嶸;王建宇;亓洪興
• 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，尤其涉及一種基于遠程變焦光路復用的激光誘導擊穿光譜(Laser-induced?breakdown?spectroscopy，簡稱LIBS)探測方法。

背景技術

遠程激光誘導擊穿光譜(LIBS)探測技術是利用高能量、短脈寬、低重頻脈沖激光器發出的脈沖激光，經過聚焦透鏡聚焦到遠程的目標表面，在聚焦點上獲得瞬時高功率密度的激光脈沖，可使目標表面聚焦點燒蝕、蒸發和電離形成高溫、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。

遠程LIBS探測技術需要解決兩個重要問題:第一，由于探測距離較遠，脈沖激光經過系統各光學部件后會有較大的能量衰減，如何保證激光能量的高效傳輸非常重要。第二，由于探測系統的光學口徑對應于遠程目標表面聚焦點的空間立體角很小，導致由目標表面聚焦點發出的可能探測系統采集的LIBS信號非常微弱，因此需要有效提高遠程LIBS信號的采集效率。

為提高遠程LIBS探測脈沖激光的傳輸效率及LIBS信號的采集效率，最終提高遠程LIBS探測信噪比，本專利提出一種基于遠程變焦光路復用的LIBS探測方法，該方法可實現LIBS激發與LIBS光譜信號采集的光路復用，從而利用聚焦鏡組的大口徑光學系統進行LIBS回波信號采集，增大了采集信號的空間立體角，且由于鍍膜的設計，實現了對于1064nm脈沖激光的高效透過及200nm-750nm范圍的LIBS光譜信號的高效采集，提高了遠程LIBS的信噪比。

發明內容

本專利的目的在于提供一種基于遠程變焦光路復用的LIBS探測系統，利用聚焦鏡組的大口徑光學系統進行LIBS回波信號采集，增大了采集信號的空間立體角。利用光學系統鍍膜的設計，實現了對于1064nm脈沖激光的高效透過及200nm-750nm范圍的LIBS光譜信號的高效采集，提高了遠程LIBS的信噪比。

如附圖1所示，一種基于遠程變焦光路復用的激光誘導擊穿光譜測試系統，它包括皮秒固體脈沖激光器1，遠程變焦光路復用LIBS望遠鏡2，ICCD光譜儀9，光纖10，光纖接口11和可調光纖耦合鏡12，其特征在于：所述的測試系統采用一個遠程變焦光路復用LIBS望遠鏡，該望遠鏡由一個擴束器、一個45°放置的分束鏡、一個調整鏡組、一個二次擴束聚焦鏡組、一個可調光纖耦合鏡及一個光纖接口組成，其中所述的擴束器鍍有1064nm高透膜、所述的分束鏡鍍有1064nm高透膜及200nm-750nm高反膜；所述的調整鏡組與二次擴束聚焦鏡組鍍有1064nm及200nm-750nm高透膜；所述的可調光纖耦合鏡鍍有200nm-750nm高透膜。

系統的測試步驟為:

由皮秒固體脈沖激光器發出一束波長為1064nm的皮秒級脈沖激光，通過鍍有1064nm高透膜的擴束器進行擴束，透過與光軸成45°安裝的鍍有1064nm高透膜及200nm-750nm高反膜的分束鏡，再透過鍍有1064nm及200nm-750nm高透膜的調整鏡組，再經過鍍有1064nm及200nm-750nm高透膜的二次擴束聚焦鏡組進行擴束與聚焦，會聚到遠處目標表面上的一點。在此激發過程中，脈沖激光所經過的每個光學元件都鍍有1064nm高透膜，從而保證了激光的高效傳輸，提高了透過率，有效地減小了光能損失。

從遠程目標表面激發出的LIBS信號光主要集中在200nm-750nm光譜范圍，該信號光反向首先透過鍍有1064nm及200nm-750nm高透膜的二次擴束聚焦鏡組實現光路復用，由于聚焦鏡組屬于大口徑光學元件，因此提高了信號光采集的立體角;然后透過鍍有1064nm及200nm-750nm高透膜的調整鏡組，再經過鍍有1064nm高透膜及200nm-750nm高反膜的分束鏡反射，最后經過鍍有200nm-750nm高透膜的可調光纖耦合鏡聚焦至插在光纖接口的ICCD光譜儀的光纖端面，然后由ICCD光譜儀采集及分析LIBS光譜信號。通過調節可調光纖耦合鏡，可使LIBS信號光準確聚集到光纖端面。在此信號采集過程中，LIBS信號光通過的所有光學元件都鍍有200nm-750nm高透膜或高反膜，從而可有效減小信號光的傳輸損耗，提高信號光的采集效率。

由于遠程目標離探測系統距離并不固定，為提高遠程LIBS探測的機動性，可通過調節調整鏡組與二次擴束聚焦鏡組的距離改變光路系統的焦距，從而實現變焦功能，可用于不同距離目標的LIBS探測。