[發明專利]便攜式激光誘導擊穿光譜分析裝置

在審

• 申請號: 201711274257.6
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107782718A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 曾愛軍;陳國飛;陳寬;劉華;李婧御
• 申請（專利權）人: 南京先進激光技術研究院
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G01N21/01
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及元素光譜分析技術領域，尤其涉及一種便攜式激光誘導擊穿光譜分析裝置。

背景技術

激光誘導擊穿光譜技術是一種基于原子發射光譜的檢測技術，即依靠高能量的激光脈沖來加熱樣品表面，使得樣品表面微粒獲得足夠的能量脫離表面進而擊穿得到等離子體，探測原子發射光譜。由于其檢測速度快，能夠分析氣體、液體、固體，能夠進行全元素分析，能夠遠程檢測等一系列優點，激光誘導擊穿光譜技術可以被廣泛應用于環境監測、生物醫學、地質研究等許多領域。針對考古學、建筑、文物檢測、藝術品鑒定等取樣不便和工業上實地抽樣檢測要求，便攜式激光誘導擊穿光譜系統具有體積小、攜帶方便、輕盈等特點，成為解決上述問題的選擇。

現有的激光誘導擊穿光譜分析裝置通常采用透射式非同軸結構，即激光聚焦或光譜收集元件為透射式光學元件，且激發光路和信號光路非同軸，如圖1所示。激光器R1發出高能短脈沖，由透鏡R2聚焦于待測樣品表面R3，產生激光等離子體，其發射譜線由準直器R4準直，再耦合入光纖R5，最終傳輸入光譜儀R6進行分析。

現有的透射式非同軸結構激光誘導擊穿光譜分析裝置存在如下缺點：

(1)原子發射光譜范圍一般在200～800nm，采用透射元件作為寬光譜收集元件難以消除色差，使各波長光譜收集效率不一致，同時寬光譜復消色差元件的價格昂貴，大大提高了成本；

(2)激發光路和收集光路非同軸的設置限制了采集光譜的接收面積，降低了激光等離子體半球發射光譜的利用率，以至于需要更高能量的激光器，增加了儀器的成本，降低了安全性；

(3)現有的大部分激光誘導擊穿光譜分析儀體積較大，多為臺式，不適合搬運操作。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種便攜式激光誘導擊穿光譜分析裝置。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種便攜式激光誘導擊穿光譜分析裝置，包括激光器，分束單元，反射鏡組，離軸拋物面鏡和光譜儀；所述激光器出射的激光經所述分束單元平行透射到所述反射鏡組，經所述反射鏡組反射后聚焦于待測樣品表面；所述待測樣品發出的信號光經所述反射鏡組反射后平行出射到所述分束單元，所述激光與信號光在所述分束單元與所述待測樣品之間的光路同軸，經所述分束單元反射到所述離軸拋物面鏡，經所述離軸拋物面鏡反射后傳輸至所述光譜儀。

進一步地，所述反射鏡組包括第一球面鏡和第二球面鏡；激光器出射的激光經所述分束單元平行透射到所述第一球面鏡，經所述第一球面鏡反射到第二球面鏡，經所述第二球面鏡反射后聚焦于測試樣品表面；所述待測樣品發出的信號光傳輸至第二球面鏡，經第二球面鏡反射到第一球面鏡，經第一球面鏡反射后平行出射至分束單元。

進一步地，所述分束單元為二向色鏡，所述二向色鏡將入射的激光和由反射鏡組反射出的信號光分束；所述二向色鏡對所述激光高反且對所述信號光高透，或對所述激光高透且對所述信號光高反；所述激光入射所述二向色鏡的入射角為45度，分束后的激光和信號光相互垂直。

進一步地，所述裝置還包括負透鏡，所述負透鏡放置于所述激光器和所述分束單元之間；所述激光器出射的激光通過所述負透鏡，經所述分束單元平行透射到所述反射鏡組，經所述反射鏡組反射后聚焦于待測樣品表面；所述待測樣品發出的信號光經所述反射鏡組反射后平行出射到所述分束單元，經所述分束單元反射后，直接聚焦耦合入光纖，傳輸至所述光譜儀。

進一步地，所述裝置還包括控制盒，所述控制盒連接激光器和光譜儀；所述控制盒為激光器提供電源并控制激光器產生激光；所述光譜儀通過控制盒進行光譜分析與顯示。

進一步地，所述裝置還包括光纖頭和光纖，所述信號光經所述離軸拋物面鏡反射后聚焦于所述光纖，耦合入光纖，導入所述光譜儀。

進一步地，所述裝置還包括前緣和手柄；所述激光經所述反射鏡組反射后聚焦于前緣，測量時，待測樣品與前緣緊靠；所述裝置還包括激光控制接口，電源接口和光譜儀連接口；均連接于所述控制盒上的對應接口。

有益效果：本發明的技術方案包括以下優點：

1.本發明裝置為反射式同軸結構，在收集存在一定帶寬的信號光光譜信息時，不會產生色差，且增大了光譜接收的空間角度，從而極大程度上提高了光譜收集效率；

2.本發明裝置反射同軸結構利用兩個球面鏡，增大了聚焦于樣品的數值孔徑，從而減小了焦斑，增大了作用于樣品表面的激光能量密度，降低了對激光器的能量要求，提高了安全性并降低了設備成本；