[實用新型]一種結(jié)合預燒蝕和再加熱的三脈沖LIBS探測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420462557.2
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN204086140U
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬雄;章婷婷;劉鵬希;舒嶸;王建宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海技術(shù)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(shù)領(lǐng)域

本專利涉及一種激光光譜探測系統(tǒng)，尤其涉及一種結(jié)合預燒蝕技術(shù)和再加熱技術(shù)的三脈沖激光誘導擊穿光譜(Triple-Pulse?Laser-Induced?Breakdown?Spectroscopy，簡稱TP-LIBS)探測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光誘導擊穿光譜(LIBS)探測技術(shù)是利用高能量短脈寬的脈沖激光，經(jīng)過聚焦照射到被測物體表面，在焦點上獲得極高能量密度的激光脈沖，使照射目標表面燒蝕、蒸發(fā)、電離，形成高溫、高壓、高電子密度的等離子體火花，輻射出包括特征原子和離子譜線的光譜，可以用于探測物質(zhì)組成。

單脈沖LIBS容易受到被測物體表面附著物和被測物體的基體效應(yīng)的影響，測量結(jié)果有一定的隨機性，重復性差，檢測限高。

現(xiàn)有的公開文獻中，改進的方法是采用雙脈沖LIBS，包括預燒蝕雙脈沖LIBS和再加熱雙脈沖LIBS。預燒蝕是指先利用脈沖激光擊穿樣品表面附近的空氣，然后用激光對樣品進行燒蝕，產(chǎn)生等離子體。采用預燒蝕雙脈沖LIBS，可以去除被測物表面雜質(zhì)對探測的影響，增強特征光強度，降低檢測限，提高信噪比。再加熱是指先到達樣品表面的脈沖激光對直接對樣品燒蝕產(chǎn)生等離子體，后達到的脈沖激光對等離子繼續(xù)加熱。再加熱雙脈沖LIBS使得等離子體更加接近局部熱平衡狀態(tài)，可增強發(fā)射光譜信號強度，提高了信號的穩(wěn)定性，降低了測量的相對偏差。

為了進一步提高LIBS探測的準確性，本文提出了一種結(jié)合預燒蝕和再加熱技術(shù)的三脈沖激光誘導擊穿光譜探測方法，可同時有效降低被測物表面雜質(zhì)對探測結(jié)果影響和提高發(fā)射光譜信號強度和穩(wěn)定性，更有效的提高信噪比和測量的準確性。

發(fā)明內(nèi)容

本專利的目的在于提供一種結(jié)合預燒蝕和再加熱技術(shù)的三脈沖激光誘導擊穿光譜探測系統(tǒng)，以同時解決被測物表面雜質(zhì)及空氣等對探測準確性的影響、發(fā)射光譜信號強度微弱和不穩(wěn)定的問題，進一步提高LIBS探測的信噪比和精度。

結(jié)合預燒蝕和再加熱技術(shù)的三脈沖LIBS探測系統(tǒng)包括主發(fā)射部分、輔助發(fā)射部分和光輻射收集部分。主發(fā)射部分由固體脈沖激光器B12、反射鏡11、擴束鏡B10和聚焦透鏡B9組成，用于生成等離子體，產(chǎn)生LIBS效應(yīng)；輔助發(fā)射部分由固體脈沖激光器A1、分束鏡3、光學延遲線2、合束鏡4、擴束鏡A5和聚焦透鏡A6組成，起預燒蝕和對等離子體再加熱的作用；光輻射收集部分由收集透鏡17、光纖支架16、光纖15、光纖光譜儀13組成，用于接收LIBS信號。

本專利是這樣來實現(xiàn)的，其特征如下：

計算機14控制固體脈沖激光器A1產(chǎn)生一束水平方向的脈沖激光，經(jīng)分束鏡3分成兩路，第一路脈沖激光沿原方向，直接通過合束鏡4、擴束鏡A5和聚焦透鏡A6把激光能量聚焦到載物平臺7上的樣品8表面上方1mm處，脈沖激光擊穿表面的空氣，改變樣品8表面的環(huán)境以及對樣品8表面預燒蝕；第二路脈沖激光經(jīng)分束鏡3反射后進入光學延遲線2。

計算機14控制固體脈沖激光器B12發(fā)出的脈沖激光經(jīng)反射鏡11反射后，依次通過擴束鏡B10和聚焦透鏡B9后會聚到樣品8表面下方3mm處，灼燒樣品8，生成等離子體，產(chǎn)生LIBS效應(yīng)。

光學延遲線2輸出的激光進入合束鏡4后，和第一路脈沖激光同用一個光路，通過擴束鏡A5和聚焦透鏡A6水平聚焦到樣品8表面上方，對已產(chǎn)生的等離子體后續(xù)加熱。

LIBS信號經(jīng)過收集透鏡17聚焦在安裝在光纖支架16上的光纖15的端面上,由計算機14控制光纖光譜儀13進行光譜信號采集及分析。

本專利的優(yōu)點在于：該方法實現(xiàn)了將預燒蝕雙脈沖LIBS技術(shù)和再加熱雙脈沖LIBS技術(shù)相結(jié)合，在降低被測物表面雜質(zhì)對探測結(jié)果影響的同時，提高發(fā)射光譜信號強度和穩(wěn)定性，從而更有效的提高信噪比和LIBS探測的準確性，降低了物質(zhì)元素的檢測限。

附圖說明

圖1為本專利的原理圖，圖中：1——固體脈沖激光器A；2——光學延遲線3——分束鏡；4——合束鏡；5——擴束鏡A；6——聚焦透鏡A；7——載物平臺；8——樣品；9——聚焦透鏡B；10——擴束鏡B；11——反射鏡；12——固體脈沖激光器B；13——光纖光譜儀；14——計算機；15——光纖；16——光纖支架；17——收集透鏡。

具體實施方式