[實用新型]一種增強型等離子體發光信號收集器

有效

• 申請號: 201520454747.4
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN204832034U
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 韓麗璇;高智星;湯秀章
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型具體涉及一種增強型等離子體發光信號收集器，屬于光信號接收器領域。

背景技術

LIPS技術是激光誘導等離子體光譜技術的簡稱，又稱激光誘導擊穿光譜技術(LIBS)或激光激發光譜技術(LSS)，將激光聚焦到一定高能量密度從而電離樣品，產生激光誘導等離子體，在等離子體冷卻過程中電子能級躍遷從而發射特征光譜，通過分析特征光譜可對樣品所含元素進行定性和定量分析。LIPS不受樣品外觀的限制，可檢測各種處于固態、液體、氣溶膠形態的樣品。此外，LIPS技術還有檢測極限高(可以達到ppb量級)，測量速度快(短于一秒)、可遠程非接觸測量等優點。

LIBS技術的關鍵點在于提高獲得的信號強度，一般情況下科研人員從三方面提高：富集樣品(液體或者氣體固態化等)，提高等離子體溫度或者密度(提高激光能量，采用雙脈沖技術，外加電場，加約束場等)，采用ICCD等。本裝置擬利用提高收集立體角的方法提高探測信號強度。一般提高收集立體角的方法是拉近收集距離或者用F數較大的聚焦透鏡來收集等離子體發光。在LIBS中加入橢圓和半圓球組合成的反射鏡來提高收集立體角的方法作者在文獻和專利中尚未找到。卡爾海因茨·施特羅布爾等人在其專利(利用橢球面反射鏡的光學會聚和收集系統，申請號：94192947)中提到了利用橢球面反射鏡收集點光源發射出的電磁輻射，如圖1所示，該方法同樣利用了橢圓的光學性質，將點光源放置在橢圓的一個焦點上，部分圓球面反射鏡將光源發射出的光反射到橢圓反射鏡上，反射鏡將點光源發出的光以及圓面反射鏡反射過去的光會聚到另一個焦點上，用光纖進行收集，半圓球球面和橢球面平行于橢球的長軸線，屬于開放式收集腔。

實用新型內容

激光誘導等離子體光譜技術(LIPS)中探測靈敏度和收集到的信號強度相關，本實用新型旨在增強探測器收集到的信號，同時優化收集到的光斑形狀(等離子體發光為彗星狀，不利于收集)，增長光纖探頭與等離子體的距離從而減小光學表面污染，延長壽命。

本實用新型利用橢球面反射鏡和球面反射鏡組合的方式增加光收集立體角。提供一種增強型等離子體發光信號收集器，所述收集器包括一個橢球面反射鏡以及一個半圓球面反射鏡，所述橢球的通徑等于圓球的直徑，圓球的半徑等于橢球兩焦點距離，所述橢球面反射鏡的開口邊緣和半圓球面反射鏡的開口邊緣吻合從而構成一個封閉式收集光腔，所述橢球和圓球的交接線垂直于橢球長軸。

進一步地，如上所述的增強型等離子體發光信號收集器，所述橢球面的剖面橢圓的兩個焦點分別是所述半圓球面的球心和頂點。

進一步地，如上所述的增強型等離子體發光信號收集器，所述橢球長徑，短徑和圓球半徑比例為：a:b:r=(1+2):2+22:2.]]>

進一步地，如上所述的增強型等離子體發光信號收集器，所述頂點處設置光纖探頭。

進一步地，如上所述的增強型等離子體發光信號收集器，所述橢球和圓球的交接處，一邊放置一個凸透鏡，另一邊放置窗口或者光收集器。

本實用新型具有如下有益效果：

1：該裝置能提高收集立體角，通過理論計算該裝置對光的收集效率約為96％，相對于用透鏡收集光斑(最大不超過28％)要高很多。

2：可以優化收集光斑，對于一個非特定光斑經過該裝置收集后光斑形狀改變成圓形，對于不要求成像質量的光路系統，這樣的光斑更有利于光線收集。

3：拉遠等離子體發光點與收集光纖探頭距離，減少探頭表面光學污染，延長光纖壽命。

4：封閉式收集光腔隔絕外界環境，可以控制LIPS激發點所處的環境。

附圖說明

圖1為現有技術中的等離子體發光信號收集器的結構示意圖。

圖2為本實用新型增強型等離子體發光信號收集器的剖面示意圖。

圖3為現有技術中的光斑通過凸透鏡收集成像的示意圖。