[發(fā)明專利]一種非球面反射式激光誘導(dǎo)光譜激發(fā)/收集系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610012660.0
• 申請(qǐng)日: 2016-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105606571B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王茜蒨;彭中;林幼娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/63
• 分類號(hào): G01N21/63;G01N21/01
• 代理公司: 北京理工正陽(yáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

本發(fā)明涉及一種非球面反射式激光誘導(dǎo)光譜激發(fā)/收集系統(tǒng)，屬于光譜探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。激光器發(fā)射激光脈沖經(jīng)衰減器衰減后平行入射到拋物面反射鏡上，經(jīng)拋物面反射鏡反射后聚焦到放置在其焦點(diǎn)處的置于采樣室中的待測(cè)樣品表面，誘導(dǎo)樣品產(chǎn)生光輻射。該輻射光通過(guò)拋物面反射鏡反射后準(zhǔn)直成平行光，入射到離軸拋物面接收聚焦鏡上，再經(jīng)過(guò)離軸拋物面接收聚焦鏡反射后聚焦到放置在其焦點(diǎn)處的全波段高分辨率光纖束的入射端面上，經(jīng)全波段高分辨率光纖束傳輸后輸入到光譜儀中。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了用一塊拋物面反射鏡進(jìn)行激光激發(fā)和光譜收集，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，且相互之間不會(huì)干擾。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非球面反射式激光誘導(dǎo)光譜激發(fā)/收集系統(tǒng)，屬于光譜探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

激光誘導(dǎo)光譜技術(shù)包括激光誘導(dǎo)熒光光譜、激光誘導(dǎo)擊穿光譜以及激光誘導(dǎo)拉曼光譜等，是利用激光照射被測(cè)樣品，誘導(dǎo)樣品產(chǎn)生熒光、等離子輻射光或是拉曼頻移光，通過(guò)光譜儀采集后對(duì)樣品進(jìn)行分析。以激光誘導(dǎo)擊穿光譜(簡(jiǎn)稱LIBS)為例，LIBS測(cè)量系統(tǒng)是將一束激光聚焦到被測(cè)樣品表面，產(chǎn)生高溫、高密度等離子體，通過(guò)采集等離子體光譜對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行分析。與其他傳統(tǒng)分析手段相比，LIBS技術(shù)有許多顯著優(yōu)勢(shì)：1)可以分析固態(tài)、氣態(tài)和液態(tài)樣品；2)無(wú)需樣品預(yù)處理，能實(shí)現(xiàn)原位檢測(cè)；3)對(duì)樣品的損耗小；4)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測(cè)分析；5)響應(yīng)時(shí)間短，可實(shí)時(shí)同步檢測(cè)；6)具有ppm級(jí)的檢測(cè)限。

在激光誘導(dǎo)光譜測(cè)量系統(tǒng)中，一般是將激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的光信號(hào)收集會(huì)聚到傳導(dǎo)光纖中，利用光纖將其傳至光譜儀中進(jìn)行光譜測(cè)量。如何提高激光誘導(dǎo)光譜的激發(fā)/收集效率，從而提高光譜信號(hào)的強(qiáng)度，是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

現(xiàn)有的激光誘導(dǎo)光譜測(cè)量系統(tǒng)的激發(fā)/收集系統(tǒng)大體可分以下兩大類：

1.激光激發(fā)和光譜收集光路分離型：激光激發(fā)系統(tǒng)和光譜收集系統(tǒng)分別采用兩套不同的光學(xué)系統(tǒng)，光路沒(méi)有復(fù)用。其優(yōu)點(diǎn)是激發(fā)系統(tǒng)和光譜收集系統(tǒng)的位置可按不同的目的和要求自由擺放，互不干擾；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)龐大，光路調(diào)整復(fù)雜。

2.激光激發(fā)和光譜收集光路復(fù)用型：激光激發(fā)系統(tǒng)和光譜收集系統(tǒng)采用共光路設(shè)計(jì)，利用鍍膜的分束器或在反射鏡中心打孔的方法，將用于激發(fā)的激光束與產(chǎn)生的光輻射分離。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，光路調(diào)整方便；缺點(diǎn)是激光激發(fā)光路與光譜收集光路之間相互干擾，影響收集效率。

此外，以上所述的光譜收集系統(tǒng)多是采用透鏡聚焦的方式將產(chǎn)生的光輻射收集進(jìn)光纖中，聚焦透鏡的光譜透過(guò)率也會(huì)對(duì)采集的激光誘導(dǎo)光譜造成影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決復(fù)用型光譜激發(fā)/收集系統(tǒng)存在光路之間相互干擾的問(wèn)題，提供一種非球面反射式激光誘導(dǎo)光譜激發(fā)/收集系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種非球面反射式激光誘導(dǎo)光譜激發(fā)/收集系統(tǒng)，包括激光器；衰減器；拋物面反射鏡；采樣室；離軸拋物面接收聚焦鏡；全波段高分辨率光纖束；光譜儀；計(jì)算機(jī)。

各組成部分的連接關(guān)系為：激光器發(fā)射激光脈沖經(jīng)衰減器衰減后平行入射到拋物面反射鏡上，經(jīng)拋物面反射鏡反射后聚焦到放置在其焦點(diǎn)F處的置于采樣室中的待測(cè)樣品表面，誘導(dǎo)樣品產(chǎn)生光輻射。該輻射光通過(guò)拋物面反射鏡反射后準(zhǔn)直成平行光，入射到離軸拋物面接收聚焦鏡上，再經(jīng)過(guò)離軸拋物面接收聚焦鏡反射后聚焦到放置在其焦點(diǎn)F’處的全波段高分辨率光纖束的入射端面上，經(jīng)全波段高分辨率光纖束傳輸后輸入到光譜儀中。光譜儀對(duì)光輻射進(jìn)行分光和采集，產(chǎn)生的光譜數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和顯示。

所述的激光器負(fù)責(zé)輸出用于激發(fā)的激光脈沖，可以是一個(gè)輸出單一波長(zhǎng)激光的激光器，也可以是幾個(gè)輸出不同單一波長(zhǎng)激光的激光器，或者是一個(gè)輸出幾種不同波長(zhǎng)激光的激光器。輸出幾種不同波長(zhǎng)激光時(shí)，可以是幾種波長(zhǎng)共窗口輸出，也可以是分窗口輸出；可以是幾種波長(zhǎng)同時(shí)輸出，也可以是按照一定的時(shí)序關(guān)系分時(shí)輸出。