[發(fā)明專利]振動(dòng)光路組件及具有該組件的激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀

有效

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• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN108663353B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫嶸;郭偉
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州星帆華鐳光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/73
• 分類號: G01N21/73;G01N21/01
• 代理公司: 北京律智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11438
• 代理人: 闞梓瑄;王衛(wèi)忠

本發(fā)明公開一種振動(dòng)光路組件及具有該組件的激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀，振動(dòng)光路組件包括光學(xué)平臺(tái)、懸臂、振動(dòng)發(fā)生裝置以及光學(xué)透鏡；懸臂至少包括設(shè)于光學(xué)平臺(tái)上的豎臂和設(shè)于豎臂上的橫臂，豎臂與橫臂的至少其中之一為彈性材質(zhì)；振動(dòng)發(fā)生裝置設(shè)于懸臂且配置為可調(diào)節(jié)地產(chǎn)生一第一振動(dòng)；光學(xué)透鏡設(shè)于懸臂且配置為供光線穿過而形成光斑；第一振動(dòng)經(jīng)由懸臂傳遞至光學(xué)透鏡而產(chǎn)生一第二振動(dòng)，光線穿過振動(dòng)的光學(xué)透鏡而產(chǎn)生光斑移動(dòng)現(xiàn)象。本發(fā)明利用懸臂將振動(dòng)發(fā)生器產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞至光學(xué)透鏡，使光線經(jīng)光學(xué)透鏡的光學(xué)傳遞而在被測物質(zhì)表面形成光斑產(chǎn)生光斑移動(dòng)現(xiàn)象，其能夠增大采樣面積和維持穩(wěn)定的等離子體的生成，使重復(fù)度和準(zhǔn)確度俱佳的定量分析成為可能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種振動(dòng)光路組件及具有該結(jié)構(gòu)的光譜儀。

背景技術(shù)

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，簡稱LIBS)是光譜分析領(lǐng)域一種新興的分析手段。現(xiàn)有的激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀的原理通常來說，可以概括為基于原子發(fā)射光譜的，對被測物質(zhì)成分進(jìn)行定性定量分析的分析方法。其中，上述被測物質(zhì)可以是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。例如，當(dāng)被測物質(zhì)是固態(tài)時(shí)，一束高能的脈沖激光通過光學(xué)方法聚焦到固態(tài)的被測物質(zhì)的表面，將一小部分被測物質(zhì)氣化并剝離其表面，形成等離子體，即等離子態(tài)的被測物質(zhì)。在脈沖激光終止發(fā)射后，該等離子態(tài)的被測物質(zhì)迅速冷卻，電子在回遷至基態(tài)過程中將多余能量以光子形式釋放。基于不同原子的發(fā)射光子能量不同的原理，上述光子被光譜儀采集后分光成為它們特定的原子發(fā)射譜圖。該原子發(fā)射譜圖中不同的特征峰對應(yīng)特定的波長，而特征峰的大小對應(yīng)于該元素或者原子的濃度，從而成為進(jìn)行定性定量分析的基礎(chǔ)。

基于上述光譜分析原理，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員對激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀的光路設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些探索和嘗試，例如：

在公開號為WO2013083950的PCT國際申請專利中，提出了通過一個(gè)可以往復(fù)移動(dòng)的支撐使整個(gè)光學(xué)平臺(tái)繞一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的技術(shù)方案，以此實(shí)現(xiàn)相對于材料表面的水平移動(dòng)。然而，在其公開的技術(shù)方案中，由于光學(xué)平臺(tái)比較沉重，被設(shè)置用于推動(dòng)光學(xué)平臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較大的體積，無法實(shí)現(xiàn)快速的往復(fù)移動(dòng)，而只能提供給光學(xué)平臺(tái)一個(gè)低速且朝向一個(gè)方向的平移功能。

在公開號為US7595873的美國專利中，提出了基于一塊或者兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)的反射鏡，通過不同的反射角度來移動(dòng)光斑位置的技術(shù)方案。然而，在其公開的技術(shù)方案中，受其設(shè)計(jì)思路所限，反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比較緩慢，且需要復(fù)雜的電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

在公開號為US 20140198367的美國專利中，提出了將光學(xué)器件固定在一個(gè)XY平臺(tái)上，并通過該平臺(tái)的平移來移動(dòng)光斑的技術(shù)方案。然而，在其公開的技術(shù)方案中，受限于平臺(tái)的體積和重量，無法實(shí)現(xiàn)快速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

在公開號為US8436991的美國專利中，提出了基于兩塊拋物柱面鏡的光路設(shè)計(jì)的技術(shù)方案，其中一塊可以旋轉(zhuǎn)，以此實(shí)現(xiàn)會(huì)聚光焦點(diǎn)的移動(dòng)。該技術(shù)方案與公開號為US7595873的專利的技術(shù)方案較為相似，區(qū)別為反射面由平面改為曲面。因此，反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度依然比較緩慢，且依然需要復(fù)雜的電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

在公開號US6057947的美國專利中，提出了通過傾斜一個(gè)反射鏡來移動(dòng)光路的技術(shù)方案。該技術(shù)方案與公開號為US7595873和US8436991的兩篇專利的技術(shù)方案較為相似，也并未克服上述技術(shù)方案具有的缺陷，且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

綜上所述，在現(xiàn)有的針對激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀的光路設(shè)計(jì)方案中，實(shí)現(xiàn)光斑移動(dòng)所需的機(jī)械結(jié)構(gòu)體積較大，移動(dòng)速率較低，無法實(shí)現(xiàn)高頻率的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。另外，上述技術(shù)方案普遍存在機(jī)構(gòu)復(fù)雜，所需的驅(qū)動(dòng)功耗要求較高的缺陷。

因此，在現(xiàn)今激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀的小型化趨勢下，例如小型化的手持式激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀的光路設(shè)計(jì)中，現(xiàn)有的相關(guān)光路設(shè)計(jì)方案均無法實(shí)現(xiàn)快速往復(fù)的光斑移動(dòng)，且無法適應(yīng)小型化對機(jī)構(gòu)體積和復(fù)雜程度的要求。

發(fā)明內(nèi)容