[發明專利]激光誘導擊穿光譜ICCD時間分辨測量方法和系統

在審

• 申請號: 201810405780.6
• 申請日: 2018-04-29
• 公開（公告）號: CN108680559A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 段發階;傅驍;蔣佳佳;黃婷婷;馬凌;張聰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明屬于光譜測量領域，為提出激光誘導擊穿光譜技術的分析過程，觀測等離子體隨時間的變化情況的新途徑，本發明激光誘導擊穿光譜ICCD時間分辨測量方法和系統，由激光器、聚焦鏡、像增強電荷耦合器件ICCD、驅動電路、數據、時序控制部件、信號調理電路組成，其中，ICCD由光學鏡頭、像增強器、光纖面板、面陣CCD器件構成，鏡頭后焦面與像增強器陰極接收面重合，像增強器陽極熒光屏與光纖面板前表面耦合固定，光纖面板后表面與面陣CCD器件前表面耦合固定，激光器產生的激光經聚焦鏡投射到被測物體并在其表面產生瞬間等離子體，數據、時序控制部件控制可調的延時時間。本發明主要應用于時間分辨測量場合。

技術領域

本發明屬于光譜測量領域，特別是一種用于激光誘導擊穿光譜技術的ICCD時間分辨測量系統與裝置。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術，是原子發生光譜技術中新興且極具發展潛力的一項分析技術，其利用聚焦的高能量脈沖激光照射在待測物質表面，激發產生等離子體，并對輻射出的光譜進行定性或定量分析。激光誘導擊穿光譜技術可實現原位、準無損、非金屬樣品的檢測且幾乎無需樣品制備，吸引了大量研究學者的關注，在冶金、石油化工、農業、醫藥、環境科學、生命科學等各個領域正發揮著越來越大的作用。

激光誘導擊穿光譜技術的進一步發展，同時也對相應檢測儀器性能的提高和相關光譜分析方法的改進提出了更高的要求。激光誘導擊穿光譜具有顯著的時間分辨特性，其誘導產生的等離子體壽命極短(3-4us)，等離子體在這一過程中不同時刻的變化和光譜研究至關重要，目前采用ICCD的高性能光譜儀是唯一實現方法。ICCD(Intensified Charge-Coupled Device)即像增強電荷耦合器件，實際是由像增強器與CCD相機組合形成的一種微光探測器。像增強器用于將微弱光信號放大增強，再經過光纖面板耦合至光電傳感器——CCD的像面上，最終輸出電信號形成圖像。ICCD性能遠遠超過一般的成像儀器，最重要的是ICCD能夠實現時間分辨測量，可精確控制延時和曝光時間(us甚至ns級)，能夠用于對瞬態的物理、化學、生物過程開展時間尺度上的精細研究。

然而，目前我國尚沒有自主知識產權的ICCD相機，相關技術領域幾乎空白，激光誘導擊穿光譜研究中的所有科研級ICCD相機均依賴進口，而進口的ICCD相機一方面價格昂貴(數十萬人民幣)，一旦出現問題維修困難，另一方面國外對我國某些技術處于封鎖狀態，特別是涉及微光成像、夜視等可能應用于軍事的產品，其出口受國外有關部門的嚴格管制。因此，研制用于激光誘導擊穿光譜技術的ICCD時間分辨測量系統與裝置十分必要。

發明內容

為克服現有技術的不足：

(1)本發明的目的是提供一種用于激光誘導擊穿光譜技術的ICCD時間分辨測量系統，可在微秒量級控制ICCD的延時或曝光時間，利用FPGA、SRAM、ARM等核心電子元器件，實現高可靠、精密的時序控制；系統采用完全自主開發的ICCD模組，解決時間分辨測量的關鍵技術問題；該系統可推廣應用于軍事(微光夜視)、天文(星空攝像)、化學分析(光譜成像)等領域，具有控制精度高、靈活性強的優點；

(2)本發明的另一目的是提供一種(1)中所述系統的實現裝置，用于激光誘導擊穿光譜技術的分析過程，觀測等離子體隨時間的變化情況；裝置主要包括光學鏡頭、國產紫外像增強器、光纖面板、面陣CCD芯片和信號調理與控制電路，裝置全部采用基礎電子器件，具有成本低廉、可靠性強的特點，可替換國外同類產品，實現在激光誘導擊穿光譜技術中的時間分辨測量。