[發明專利]手持式LIBS光學系統

在審

• 申請號: 201711488512.7
• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN108037111A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 李銳;俞曉峰;喻正寧
• 申請（專利權）人: 杭州譜育科技發展有限公司
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種手持式LIBS光學系統，包括激光器、檢測器，所述光學系統還包括：二色鏡、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡，激光器發射的激光透過二色鏡后經第一透鏡匯聚將光斑聚焦在樣品表面，樣品發出的特征光由第一透鏡匯聚、二色鏡反射后經第二透鏡耦合、光纖傳輸、第三透鏡匯聚后到達狹縫；凹面光柵，所述凹面光柵將狹縫出射的特征光分光，并經第四透鏡后進入檢測器檢測；所述狹縫、凹面光柵和檢測器的兩端位于直徑等于所述凹面光柵曲率半徑的羅蘭圓圓周上；第四透鏡，所述第四透鏡使得分光后的特征光從凹面光柵經第四透鏡到達檢測器的光程與從凹面光柵直接到羅蘭圓圓周的光程相等。本發明具有體積小、分辨率高、檢測波長范圍寬等優點。

技術領域

本發明涉及光譜分析領域，特別涉及一種緊湊型手持式LIBS光學系統。

背景技術

激光誘導擊穿光譜儀，簡稱LIBS，是一種利用脈沖激光產生等離子體燒蝕并激發樣品中的物質，通過光譜儀獲取被等離子體激發的原子所發射的光譜，以此來識別樣品中的元素組成，進而進行材料的識別、分類、定性以及定量分析的儀器，既可以用于實驗室，也可以應用于工業現場的在線檢測。為了便于現場檢測，手持式LIBS應運而生。但目前的手持式LIBS存在以下缺陷：

1.多采用對稱或者非對稱Czerny-Turner型光學系統，這種系統需要多個準直鏡、成像鏡，導致儀器結構復雜，體積較大；或者為了減小體積而縮短焦距，而導致分辨率降低；

2.光學系統波長范圍較窄，無法覆蓋全波段，元素檢測種類少。

發明內容

為了解決上述現有技術方案中的不足，本發明提供了一種結構簡單、體積小、分辨率高、波長范圍寬的手持式LIBS光學系統。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種手持式LIBS光學系統，包括激光器、檢測器，所述光學系統還包括：

二色鏡，所述激光器發射的激光透過所述二色鏡；

第一透鏡，透過所述二色鏡的激光經所述第一透鏡匯聚，將光斑聚焦在樣品表面；

第二透鏡，樣品表面發出的特征光由第一透鏡匯聚、二色鏡反射后經所述第二透鏡耦合進入光纖；

第三透鏡，從所述光纖輸出的特征光經第三透鏡匯聚至狹縫；

凹面光柵，所述凹面光柵將狹縫出射的特征光分光，并經第四透鏡后進入檢測器檢測；所述狹縫、凹面光柵和檢測器的兩端位于直徑等于所述凹面光柵曲率半徑的羅蘭圓圓周上；

第四透鏡，所述第四透鏡對光程差進行補償，使得分光后的特征光從凹面光柵經第四透鏡到達檢測器的光程與從凹面光柵不經過第四透鏡直接到羅蘭圓圓周的光程相等。

根據上述的光學系統，優選地，所述第四透鏡為柱透鏡，所述柱透鏡的兩端呈楔形。

根據上述的光學系統，優選地，所述柱透鏡為平凸柱面鏡，鄰近凹面光柵的一側為曲面，對所述特征光進行匯聚。

根據上述的光學系統，可選地，所述柱透鏡的焦距也即所述柱透鏡到檢測器成像面的距離f＝R/(n-1)，R為柱透鏡曲面的曲率半徑，n為柱透鏡材料的折射率。

根據上述的光學系統，優選地，所述柱透鏡固定在檢測器的表面。

根據上述的光學系統，優選地，所述凹面光柵、第四透鏡和檢測器構成一組測量光路，所述光學系統包括至少二組測量光路，第一組測量光路的入射光為狹縫出射的特征光，其他組測量光路的入射光為前一組測量光路中凹面光柵的0級光。

根據上述的光學系統，優選地，所述檢測器兩端在羅蘭圓圓周上的位置由波長測量范圍決定。

根據上述的光學系統，優選地，所述檢測器為陣列探測器。