[發(fā)明專利]全包圍式橢圓球面鏡光路激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107505307B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段憶翔;施琳莉
• 申請（專利權(quán)）人: 成都艾立本科技有限公司
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 成都高遠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51222
• 代理人: 曾克;李曉英

本發(fā)明涉及全包圍式橢圓球面鏡全包圍式橢圓球面鏡光路激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀系統(tǒng)，包括脈沖激光器、全反射鏡、聚焦透鏡、樣品臺、全包圍式橢圓球面鏡、信號光收集系統(tǒng)和光譜儀，樣品臺和信號光收集系統(tǒng)位于全包圍式橢圓球面鏡內(nèi)側(cè)，樣品臺和信號光收集系統(tǒng)分別設(shè)于全包圍式橢圓球面鏡的兩個焦點處，全包圍式橢圓球面鏡上設(shè)有通孔，樣品臺位于通孔正下方，聚焦透鏡位于通孔正上方，全反射鏡用以將脈沖激光器產(chǎn)生的激光全反射給聚焦透鏡，聚焦透鏡聚焦后的光以垂直于全包圍式橢圓球面鏡長軸的方向入射到樣品臺上，光譜儀與信號光收集系統(tǒng)連接。本發(fā)明將等離子體各發(fā)散角度的信號光進行會聚收集，克服收集角度對信號的影響和單方向收集造成的信號損失，可極大程度上提高信號光收集效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀系統(tǒng)，尤其涉及全包圍式橢圓球面鏡全包圍式橢圓球面鏡光路激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)作為一種新型激光光譜分析方法，憑借其實時、在線、非接觸、多元素同時檢測等有點，在航空航天、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)勘探、文物珠寶鑒定、醫(yī)學(xué)材料檢測等各領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的檢測能力，其廣闊的應(yīng)用前景無庸贅述。在檢測過程中，脈沖激光器輸出高能脈沖激光，通過聚焦透鏡聚焦到樣品表面，當(dāng)激光脈沖的能量密度大于擊穿閾值時，即可在聚焦位點產(chǎn)生等離子體，在該等離子體中，噴射出來的物質(zhì)離解成激發(fā)態(tài)的原子和離子，處于激發(fā)態(tài)的原子和離子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，并發(fā)射出具有特定波長的光輻射。通過聚焦透鏡在一定收集位置采集到樣品表面等離子體的光譜發(fā)射信號，并分析譜圖得到的元素對應(yīng)的特定峰強度可以用于樣品的定性以及定量分析。

LIBS以其取樣量極少，幾乎可實現(xiàn)無損檢測的優(yōu)點在光譜領(lǐng)域嶄露頭角，然而這一亮點也為該技術(shù)的發(fā)展帶來了限制。常規(guī)LIBS檢測過程中，單次激光剝蝕厚度僅為0.05毫米左右，剝蝕量在微克級別，樣品由初始狀態(tài)到激光剝蝕到轉(zhuǎn)化為等離子體再到各原子離子躍遷產(chǎn)生光輻射的一系列過程中均存在不同形式的能量損耗。換言之，能產(chǎn)生光信號的樣品量少之又少，致使最終發(fā)射光強度有時很難滿足應(yīng)用檢測需求，表現(xiàn)為整體LIBS系統(tǒng)無法達到所需要的檢出限，從而很大程度上限制了LIBS的應(yīng)用展開。

另一方面，在激光與樣品作用過程中，產(chǎn)生的等離子體在空間分布上具有不均一性，這也是該技術(shù)發(fā)展進程中的一大瓶頸。具體而言，在信號光收集過程中，采用傳統(tǒng)光纖探頭在單個方向收集的信號光強度會隨著其與等離子體相對角度的不同而產(chǎn)生明顯差異，該差異在LIBS實際應(yīng)用中表現(xiàn)得更為明顯。同樣的LIBS裝置系統(tǒng)在使用過程中，信號強度很大程度上受到使用者收集鏡調(diào)節(jié)能力的影響，直接結(jié)果便是使得LIBS短時間內(nèi)形成一套行業(yè)標(biāo)準成為不可能。

基于以上缺陷，近幾十年來，國內(nèi)外該領(lǐng)域研究學(xué)者致力于提高LIBS信號強度和穩(wěn)定性，但并未從源頭上解決該問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供全包圍式橢圓球面鏡全包圍式橢圓球面鏡光路激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀系統(tǒng)，克服收集角度對信號的影響和單方向收集造成的信號損失，最大可能地將等離子體各發(fā)散角度信號光進行會聚收集。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

全包圍式橢圓球面鏡全包圍式橢圓球面鏡光路激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀系統(tǒng)，包括脈沖激光器、全反射鏡、聚焦透鏡、樣品臺、全包圍式橢圓球面鏡、信號光收集系統(tǒng)和光譜儀，所述樣品臺和信號光收集系統(tǒng)位于全包圍式橢圓球面鏡內(nèi)側(cè)，所述樣品臺和信號光收集系統(tǒng)分別設(shè)于全包圍式橢圓球面鏡的兩個焦點處，所述全包圍式橢圓球面鏡上設(shè)有通孔，所述樣品臺位于通孔正下方，所述聚焦透鏡位于通孔正上方，所述全反射鏡用以將脈沖激光器產(chǎn)生的激光全反射給聚焦透鏡，所述聚焦透鏡用以將其聚焦后的光以垂直于全包圍式橢圓球面鏡長軸的方向入射到樣品臺上，，所述光譜儀與信號光收集系統(tǒng)連接。

進一步的，所述全包圍式橢圓球面鏡呈半球式。

全包圍式橢圓球面鏡光路激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀系統(tǒng)還包括計算機，所述光譜儀與計算機連接。