[發明專利]采用多脈沖激光誘導等離子體光譜分析設備檢測鋼鐵樣品成分的方法

有效

• 申請號: 201610717184.2
• 申請日: 2016-08-24
• 公開（公告）號: CN107782715B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 孫輝;樊仲維
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 唐曙暉

本發明涉及采用多脈沖激光誘導等離子體光譜分析設備檢測鋼鐵樣品成分的方法，尤其是采用包括皮秒和納秒激光脈寬的多脈沖激光誘導等離子體光譜分析設備檢測鋼鐵樣品成分的方法，激光誘導光源是包含納秒級和皮秒級超短脈沖的激光光源，能夠用一個脈沖激光器產生兩個脈沖激光即納秒激光和皮秒激光，通過同樣的輸出和聚焦光路使得這兩個脈沖激光聚焦在待測樣品上相同位置，利用第一束納秒激光脈沖照射樣品表面產生等離子體，稍后第二束皮秒激光脈沖照射等離子體以增強譜線發射。

技術領域

本發明屬于鋼鐵樣品成分檢測領域，涉及采用多脈沖激光誘導等離子體光譜分析設備檢測鋼鐵樣品成分的方法，尤其是采用包括皮秒和納秒激光脈寬的多脈沖激光誘導等離子體光譜分析設備檢測鋼鐵樣品成分的方法，以及用于對鋼鐵樣品成分的實時在線檢測的激光誘導光源脈寬包含納秒和皮秒兩種規格的雙脈沖激光誘導等離子體光譜分析設備。

背景技術

目前的雙脈沖LIBS技術都是采用兩臺激光器，通過電源控制延遲的方法實現雙脈沖激發，這樣增加了系統的成本，并且分別對兩路激光聚焦，很難保證聚焦在待測樣品上的同一點，不能實現最大效率的雙脈沖等離子體激發。

激光誘導擊穿光譜技術(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是基于激光和材料相互作用產生的發射光譜的一種定量分析技術，該方法在測量過程中只需幾微克即可，故可實現非破壞測量；無需樣品預處理即可實現對任何物理狀態物質的元素分析，使LIBS技術應用范圍非常廣泛；LIBS技術是光學技術應用，可測量分析遠達幾十米處的樣品，其遠程分析能力對危險、高溫環境或敵對環境中有非常大的吸引力；使用LIBS技術進行成份分析，整個過程只需十秒左右，實時性和快速性非常良好；LIBS技術可通過定標對物質中痕量進行定量分析，且檢測限和精度完全滿足應用需求。

與傳統檢測技術相比，LIBS技術對于在線原位檢測具有不可比擬的技術優勢，但由于單脈沖LIBS技術的分析靈敏度并不高，因而制約了在痕量元素檢測領域中的應用。LIBS是基于高功率激光與物質相互作用，產生瞬態等離子體，對等離子體的發射光譜進行研究，從而實現對樣品成分的定性分析與定量分析。但是單脈沖LIBS激發的等離子體溫度和密度均較低，形成的發射光譜強度有限，因而分析靈敏度相對較低。

雙脈沖LIBS技術是利用第一束激光脈沖照射樣品表面產生等離子體，稍后第二束激光脈沖照射等離子體以增強譜線發射，實現了對材料燒蝕與等離子體激發的兩個階段的分布優化，因而雙脈沖LIBS技術可以有效提高信噪比，提高分析靈敏度。目前的雙脈沖LIBS技術都是采用兩臺納秒激光器，通過電源控制延遲的方法實現雙脈沖激發，這樣增加了系統的成本，并且分別對兩路激光聚焦，很難保證聚焦在待測樣品上的同一點，不能實現最大效率的雙脈沖等離子體激發。

通過探索不同脈寬的超短脈沖激光對鋼鐵樣品檢測結果及雙脈沖LIBS技術的分析，我們發現能夠采用一個脈沖激光器產生兩個脈沖激光，第一個脈沖激光為納秒激光，第二個脈沖激光為皮秒激光，并使得這兩個脈沖激光聚焦在待測樣品上相同位置，利用第一束納秒激光脈沖照射樣品表面產生等離子體，稍后第二束皮秒激光脈沖照射等離子體以增強譜線發射，實現了對材料燒蝕與等離子體激發的兩個階段的分布優化，因而可以有效提高信噪比，提高分析靈敏度。我們研發了一款激光脈寬包括皮秒和納秒兩者規格的雙脈沖激光誘導等離子體光譜分析設備。

發明內容

目前的雙脈沖LIBS技術都是采用兩臺納秒激光器，通過電源控制延遲的方法實現雙脈沖激發，這樣增加了系統的成本，并且分別對兩路激光聚焦，很難保證聚焦在待測樣品上的同一點，不能實現最大效率的雙脈沖等離子體激發。