[發明專利]一種激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 201711347515.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107907530A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 郝中騏;李祥友;李嘉銘;周冉;郭連波;曾曉雁;陸永楓
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 曹葆青,李智

1.一種激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測方法，其特征在于，該方法采用一束波長固定的光纖激光燒蝕待檢測的固體樣品，使其熔融、濺射和蒸發，產生持續的氣溶膠，將氣溶膠轉移到一個新的空間位置后，再使用波長可調諧激光對氣溶膠進行等離子體激發，即利用脈沖前沿輻照氣溶膠產生低密度蒸汽，用其脈沖后沿與蒸汽羽進行共振電離產生等離子體，可消除基體效應的影響，將波長調諧至與被分析元素特征譜線對應的共振激發波長一致，對目標元素特征譜線單獨增強，從而降低譜線干擾，再對等離子體發射光進行采集分析，得到待分析元素含量。

2.一種激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測裝置，其特征在于，該裝置包括激光燒蝕、共振激發、光譜采集和系統控制四個部分；

激光燒蝕部分包括光纖激光器(1)、第一反射鏡(2)、第一聚焦鏡(3)、旋轉位移臺(6)和取樣組件；光纖激光器(1)、第一反射鏡(2)和第一聚焦鏡(3)依次位于同一光路上，旋轉位移臺(6)用于放置待檢測物質，所述取樣組件用于收集氣溶膠并提供給共振激發部分進行等離子體激發；

共振激發部分包括波長可調諧激光器(11)、第二反射鏡(12)、第二聚焦鏡(13)和吸收體(15)；波長可調諧激光器(11)、第二反射鏡(12)和第二聚焦鏡(13)依次位于另一光路上，吸收體(15)位于位于第二聚焦鏡(13)的的焦點外；

光譜采集部分包括采集光路(16)、光纖(17)、光譜儀(18)和探測器(19)；采集光路(16)的出口通過光纖(17)與光譜儀(18)相連，探測器(19)與光譜儀(18)連接；

系統控制部分包括計算機(20)和時序控制器(21)，計算機(20)與探測器(19)連接，時序控制器(21)分別與高功率光纖激光器(1)、波長可調諧激光器(11)及探測器(19)電信號連接；時序控制器(21)用于產生控制激光器和探測器的同步時序信號；

工作時，由高功率光纖激光器(1)發出的光纖激光會聚后照射至樣品表面，會聚激光束將樣品熔融、濺射和蒸發，產生持續的樣品氣溶膠；由所述取樣組件收集并噴出，由會聚后的波長可調諧激光脈沖照射，利用其脈沖前沿輻照氣溶膠產生低密度蒸汽，用其脈沖后沿與蒸汽羽進行共振電離產生等離子體，當其波長調諧至與被分析元素特征譜線對應的共振激發波長一致時，能夠實現目標元素特征譜線幾十至幾百倍的增強，多余激光能量由吸收體(15)吸收；所述采集光路(16)采集等離子體發射光并耦合進入光纖，經光纖傳輸至光譜儀(18)進行分光，分光后獲得的光譜信息由探測器(19)進行光電轉換、積累和放大；計算機(20)用于對接收的光譜數據進行處理，得到待分析元素含量。

3.根據權利要求2所述的激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測裝置，其特征在于，所述取樣組件由約束腔(4)和進樣器(9)構成，約束腔(4)頂部開有小孔，進樣器(9)為同心腔結構，進樣器(9)入口端與約束腔(4)的出口連通，其出口端為噴嘴，進樣器(9)外腔尾管作為高壓氣體入口；

工作時，從高壓氣體入口進入高壓惰性氣體，使進樣器(9)內腔形成負壓；光纖激光經反射和會聚后穿過約束腔(4)上方小孔，照射在樣品表面，會聚激光束將樣品熔融、濺射和蒸發，產生持續的樣品氣溶膠；氣溶膠被吸入約束腔(4)一側的進樣器(9)，高壓氣體與氣溶膠混合物通過進樣器(9)內腔后從進樣器噴嘴處噴出，由所述共振激發系統激發氣溶膠產生等離子體，等離子體發射光信號由所述采集光路進行旁軸采集。

4.根據權利要求2所述的激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測裝置，其特征在于，所述取樣組件由約束腔(4)構成，其頂部開有可供光纖激光透射的石英窗(22)，約束腔(4)一側底部開有高壓氣體入口(10)；約束腔(4)另一側與燒蝕物質(8)同一高度處開有氣溶膠出口(23)；

工作時，從高壓氣體入口(10)通入高壓惰性氣體，使將約束腔(4)中空氣排出，光纖激光通過石英窗(22)照射在置于旋轉位移臺(6)上的樣品表面，會聚激光束將樣品熔融、濺射和蒸發，產生持續的樣品氣溶膠，并由氣溶膠出口(23)處噴出，由所述共振激發系統激發氣溶膠產生等離子體，等離子體發射光信號由所述采集光路進行旁軸采集。