[實用新型]一種用于火星物質(zhì)成份探測的聯(lián)合激光誘導(dǎo)光譜系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520372568.6
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN204679420U
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬雄;劉鵬希;章婷婷;況耀武
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/64
• 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技術(shù),尤其涉及一種采用聯(lián)合激光誘導(dǎo)擊穿光譜與激光誘導(dǎo)熒光時域光譜技術(shù)的遠程物質(zhì)成份探測系統(tǒng)，適用于火星表面物質(zhì)成份探測，屬于光電探測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前火星表面物質(zhì)成份探測中，受制于載人火星登陸技術(shù)尚未成熟，需采用無人情況的遠程探測方法。在可選用的遠程探測方法中，激光光譜類探測方法因其無需樣品制備直接探測、可消除探測目標表面浮塵、多元素同時探測、高空間分辨率等優(yōu)點已經(jīng)或即將得到應(yīng)用。

其中，激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-induced?breakdown?spectroscopy,簡稱LIBS)是一種對物質(zhì)組成元素進行探測的激光光譜技術(shù)，已在火星表面物質(zhì)探測上得到應(yīng)用；激光誘導(dǎo)熒光(Laser-induced?fluorescence,簡稱LIF)時域分辨光譜是一種可以對痕量及微量元素，尤其是對火星表面的稀土元素及其氧化物分子進行高靈敏探測的技術(shù)。采用單一的LIBS技術(shù)能對火星表面的主要元素進行探測，但對痕量及微量元素探測受到其探測靈敏度的限制。

融合LIBS光譜探測及LIF時域分辨光譜技術(shù)可發(fā)揮各自的優(yōu)勢，有效擴大火星表面物質(zhì)元素探測的范圍。但同時也需考慮和解決一些融合中的問題，如為解決探測裝置的緊湊便捷性，光源及探測器的共用問題；在光源探測器共用問題解決后的時序分配問題等等。

針對單一LIBS激光光譜方法的不足，本專利提出一種聯(lián)合激光光譜探測方法，采用同一激光源與同一探測器，在有效擴大元素探測范圍的同時，保持了系統(tǒng)的緊湊便捷。

發(fā)明內(nèi)容

本專利的目的在于提供一種火星物質(zhì)識別的聯(lián)合激光光譜系統(tǒng)，在有效擴大元素探測范圍的同時，保持整個系統(tǒng)的緊湊便捷性。

本專利是這樣來實現(xiàn)的：

本專利提出的火星物質(zhì)識別的聯(lián)合激光光譜系統(tǒng)包括卡式望遠鏡、ICCD光譜儀、激光測距機、主控制器及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、多通道數(shù)字延時脈沖發(fā)生器、1064nm擴束鏡、1064nm高能脈沖激光器、倍頻擴束組件及輔助光機組件。

其中，卡式望遠鏡主要由次鏡和主鏡組成；倍頻擴束組件由三倍頻晶體和355nm擴束鏡組成；ICCD光譜儀的核心元件為階梯光柵和ICCD面陣探測器；輔助光機組件包括全反鏡、采集透鏡組、光譜信號采集光纖、全反鏡運動控制器、切換控制器、多色鏡和次鏡運動控制器。

主控制器及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)用于給多通道數(shù)字延時脈沖發(fā)生器、激光測距機、切換控制器、次鏡運動控制器以及全反鏡運動控制器發(fā)控制指令；接收激光測距機輸出的測距信息與ICCD光譜儀輸出的光譜信號；此外，還用于發(fā)控制指令給ICCD光譜儀，設(shè)定ICCD面陣探測器的曝光時間。

多通道數(shù)字延時脈沖發(fā)生器用于給1064nm高能脈沖激光器發(fā)啟動脈沖，給ICCD面陣探測器發(fā)快門啟動脈沖，并可調(diào)節(jié)控制它們之間的延時。

1064nm高能脈沖激光器發(fā)射的脈沖激光經(jīng)1064nm擴束鏡擴束，形成與望遠鏡出入孔直徑匹配的1064nm脈沖激光束，為LIBS激光源；1064nm高能脈沖激光器發(fā)射的脈沖激光經(jīng)倍頻擴束組件中的三倍頻晶體后，得到355nm脈沖激光，再經(jīng)355nm擴束鏡后，形成與望遠鏡出入孔直徑匹配的355nm脈沖激光束，該脈沖激光束位于紫外段，可作為LIF激光源；1064nm擴束鏡與倍頻擴束組件固定聯(lián)接，由切換控制器進行控制、輪流切換進入光路，從而實現(xiàn)LIBS與LIF激光源之間的切換。

次鏡的工作凸面和主鏡的工作凹面均鍍寬光譜全反膜，可實現(xiàn)對寬光譜光線進行全反射。

光譜信號采集光纖通過透鏡組光纖接口與光譜儀光纖接口將采集透鏡組收集的光譜信號耦合進ICCD光譜儀，進行分光與光電轉(zhuǎn)換。

主光軸與第二光軸垂直；多色鏡兩面分別鍍有可見光段高反膜與1064nm、355nm高透膜，它與主光軸、第二光軸夾角均為45度；全反鏡與多色鏡平行安裝；第三光軸與第二光軸垂直，與主光軸平行。

火星物質(zhì)識別的聯(lián)合激光光譜探測按以下步驟進行：

(1)主控制器及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)發(fā)出控制指令給全反鏡運動控制器，使其帶動全反鏡切進光路中的第二光軸與第三光軸相交的位置(即工作位置)。