[發明專利]掃描式激光誘導光譜面范圍分析檢測系統

有效

• 申請號: 201610975941.6
• 申請日: 2016-11-07
• 公開（公告）號: CN106568762B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 趙天卓;連富強;貊澤強;林蔚然;劉洋;聶樹真;肖紅;張鴻博;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: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 李陽;李浩

本發明公開了一種掃描式激光誘導光譜面范圍分析檢測系統，激光發射頭與外置的激光誘導光源連接，外置的激光誘導光源產生激光，經激光發射頭將激光發射，實現激光誘導等離子的發生。調焦光學裝置將激光發射頭發射的誘導激勵的激光束匯聚到被測樣品表面上。之后，反射鏡采集被測樣品的寬光譜范圍誘導等離子體散射光信號匯聚到收光裝置中。所述的收光裝置將誘導等離子體散射光匯聚到光纖中，并傳輸給外置的光譜儀，該外置的光譜儀對等離子體形成的光譜進行分光，獲得不同波長光譜強度數據。因此，本發明同光學軸實現數百納米寬范圍光譜采集，能夠承載焦耳級大能量激光誘導，效率高至90％以上。

技術領域

本發明涉及光電無損檢測技術領域，特別是指一種掃描式激光誘導光譜面范圍分析檢測系統。

背景技術

激光誘導等離子體光譜(Laser Induced Plasma Spectroscopy，LIPS)檢測技術，是一種利用脈沖激光燒蝕物質產生等離子體，通過等離子體發射光譜來定性或定量研究物質成份的分析技術。它具有適用范圍廣、分析速度快、測量破壞性小、可遠程非接觸測量以及可實現實時檢測等優點。激光誘導等離子體光譜技術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，可實現非破壞測量，并且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。激光誘導等離子體光譜技術可通過定標對物質中的元素進行定量分析，且檢測限和精密度完全滿足應用需求。

基于與激光誘導技術的元素分析的專利已經較多，但是主要是對不同應用領域的檢測的應用方案及方法。例如申請號為201510566291.5的專利，保護了一種基于激光誘導擊穿光譜的水稻品種鑒別方法；申請號為201110360773.7的專利，保護了一種采用激光匯聚在鋼水表面，通過針對所激發等離子體光譜進行分析，得到鋼水成分的在線檢測系統。另外，有部分激光誘導檢測技術專利，針對激光誘導技術實現信號增強和改進。例如申請號為201510073090.1的專利，保護了一種二維能量相關激光誘導擊穿光譜的分析系統及方法，提供了一種基于二維能量相關的激光誘導擊穿光譜的分析系統及方法，能更為清晰地解析光譜特征，提高常規激光誘導擊穿光譜方法的檢測能力和重復性。申請號為201480041306的發明專利，公開了一種利用通過雙重脈沖激光誘導擊穿光譜儀進行元素成分分析的方法。

大范圍掃描采集對于動態檢測、提高檢測效率具有重要價值。對于現有的激光誘導擊穿光譜檢測技術方案，都難以實現便捷的大范圍掃描采集樣品。例如申請號201180054843.4、201220330846.8的專利，通過了多個反光板、透鏡的匯聚，實現了激光誘導擊穿光譜分析，但是僅能在激光軸向上調焦，無法實現激光誘導檢測的掃描。

此外，大多數現有的專利，需要采用雙向分光的二向色光學器件(如二向色反射鏡)，即根據光的波長不同，實現對特定波長光透射，另外對其他特定波長光反射的器件。例如申請號為201310610554.9的專利，保護了一種便攜式激光誘導擊穿光譜分析儀和方法。該分析儀就包括二向色鏡來實現激發激光(通常是光譜寬度小于1納米的強激光信號)透過，采集光譜信號(通常是數百納米范圍的寬光譜低能量信號)分光。而在光學加工領域，對于二向色光學器件，加工難度大，對百納米寬光譜范圍進行反射時，反射率低，器件損傷閾值比單波長成熟技術低5至10倍，這會限制誘導激光的能量，研制設備的信噪比、穩定性等重要性能指標。例如典型的200至800nm增透，1064nm波長附近高反射率的器件，對于脈沖寬度10ns、重復頻率10Hz的典型誘導激光脈沖，損傷閾值通常200～300MW/cm2，很難達到500MW/cm2以上。而現有的1064nm波長附近高反射率器件的鍍膜技術十分成熟，損傷閾值可達2GW/cm2以上。因此會限制系統的誘導激光能量在數十毫焦耳以內，使得光學器件容易損壞。同時，200至800nm增透，1064nm波長附近高反射率的器件鍍膜難度很大，效果差。例如200至800nm增透，1064nm波長附近高反射的器件在200至800nm范圍內增透的剩余反射率在0.5～1.0％，是常規窄光譜范圍增透膜的剩余反射率在0.05％的10至20倍。

發明內容