[發(fā)明專(zhuān)利]一種顯微共振激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810607617.8
• 申請(qǐng)日: 2018-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108827911A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝中騏;湯志陽(yáng);李祥友;周冉;郭連波;曾曉雁;陸永楓
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/39
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/39
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發(fā)明公開(kāi)一種顯微共振激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)方法及系統(tǒng)，包括：發(fā)射激光束；將激光束分束得到第一激光束和第二激光束；接收第一激光束并將其射入聚焦鏡；將能量調(diào)節(jié)后的第一束激光束聚焦并射入樣品，使其作用于樣品產(chǎn)生處于等離子體激發(fā)閾值附近的低密度蒸汽；接收第二激光束并調(diào)節(jié)其能量；控制第二激光束的傳輸光程，使其與第一激光束到達(dá)樣品表面的時(shí)間產(chǎn)生納秒量級(jí)的延時(shí)；接收第二激光束聚焦后射入樣品，當(dāng)激光束的波長(zhǎng)與待分析元素譜線(xiàn)能級(jí)匹配時(shí)，共振激發(fā)；采集待分析元素共振激發(fā)后對(duì)應(yīng)的特征譜線(xiàn)，以檢測(cè)樣品中待分析元素的含量。本發(fā)明對(duì)一束激光分束，并引入光束延時(shí)使兩光束延時(shí)可調(diào)，將顯微聚焦與共振激發(fā)技術(shù)有機(jī)結(jié)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種顯微共振激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技術(shù)是一種激光等離子體發(fā)射光譜分析技術(shù)。LIBS技術(shù)具有制樣簡(jiǎn)單、不需要真空、檢測(cè)過(guò)程快速、適合全元素分析、不受樣品種類(lèi)和環(huán)境限制等特點(diǎn)。目前，常規(guī)LIBS方法和設(shè)備對(duì)物質(zhì)成分的檢測(cè)極限在10^-6量級(jí)，對(duì)樣品的損傷尺度在幾百微米。為了提高LIBS的檢測(cè)靈敏度，人們提出雙脈沖激發(fā)LIBS(DP-LIBS)和激光誘導(dǎo)熒光輔助LIBS(LIBS-LIF)技術(shù)，這兩種技術(shù)在改善分析靈敏度上效果顯著，但它們都需要兩臺(tái)激光器，不僅昂貴，而且體積龐大，系統(tǒng)復(fù)雜。此外，對(duì)于貴重物品或要求高空間分辨率的檢測(cè)時(shí)，需要減小對(duì)樣品表面的損傷程度，現(xiàn)有顯微LIBS技術(shù)分析空間尺度可達(dá)微米量級(jí)，但只能實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品基體元素和高含量元素的分析，對(duì)低含量元素的分析靈敏度嚴(yán)重不足。因此，在微損檢測(cè)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高靈敏度分析，而又不大幅增加系統(tǒng)成本和裝置的復(fù)雜性，是LIBS技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)。

中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN 103323435 A《基于雙脈沖散焦預(yù)燒蝕的激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測(cè)系統(tǒng)》公開(kāi)一種基于雙脈沖散焦預(yù)燒蝕的激光誘導(dǎo)擊穿光譜探測(cè)系統(tǒng)，其首先采用一定比例的分光鏡把脈沖激光分為兩束，一束經(jīng)過(guò)散焦光路，照射在樣品表面，使得靶材表面被均勻燒蝕，另一束脈沖激光經(jīng)過(guò)延時(shí)聚焦光路，在第一束激光脈沖后到達(dá)樣品表面。該雙脈沖散焦預(yù)燒蝕LIBS系統(tǒng)可有效減小傳統(tǒng)LIBS中燒蝕孔效應(yīng)的影響，從而提高LIBS探測(cè)的精度。但是，該裝置對(duì)樣品的燒蝕坑尺度難以達(dá)到微米量級(jí)，且不能有效提高分析元素的靈敏度。

中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN101782517A《一種基于雙激光光源的激光探針微區(qū)成分分析儀》公開(kāi)了一種基于雙激光光源的激光探針微區(qū)成分分析儀，該儀器利用固定波長(zhǎng)激光和波長(zhǎng)可調(diào)諧激光構(gòu)建基于LIBS-LIF原來(lái)的同軸微區(qū)成分分析儀，但其需要先用固定波長(zhǎng)激光將分析物質(zhì)燒蝕出來(lái)，再對(duì)目標(biāo)元素進(jìn)行共振激發(fā)，因而需要兩臺(tái)激光器，儀器成本高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有LIBS技術(shù)在物質(zhì)成分微損分析不可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品微損傷和高靈敏度檢測(cè)，以及需要利用兩臺(tái)激光器，儀器成本高等技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供一種顯微共振激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)方法，包括：

發(fā)射波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光束；將所述激光束分成兩束，得到第一激光束和第二激光束；接收第一激光束并調(diào)節(jié)其能量在第一范圍，第一激光束能量的第一范圍根據(jù)樣品激發(fā)特性確定，以能夠激發(fā)樣品產(chǎn)生處于等離子體激發(fā)閾值附近的低密度蒸汽為準(zhǔn)；將能量調(diào)節(jié)后的第一束激光束聚焦并射入樣品，使其作用于樣品產(chǎn)生處于等離子體激發(fā)閾值附近的低密度蒸汽，所述第一激光束聚焦后的焦點(diǎn)位于樣品表面的下方；接收第二激光束并調(diào)節(jié)其能量在第二范圍，第二激光束能量的第二范圍以可以對(duì)樣品共振激發(fā)的前提下對(duì)樣品損傷達(dá)到最小為準(zhǔn)；控制能量調(diào)節(jié)后的第二激光束的傳輸光程，使其與第一激光束到達(dá)樣品表面的時(shí)間產(chǎn)生納秒量級(jí)的延時(shí)；接收傳輸光程調(diào)節(jié)后的第二激光束，并對(duì)其聚焦后射入樣品，當(dāng)激光束的波長(zhǎng)調(diào)諧至與樣品中待分析元素譜線(xiàn)能級(jí)相匹配時(shí)，可對(duì)待分析元素進(jìn)行共振激發(fā)；采集待分析元素共振激發(fā)后形成的等離子體對(duì)應(yīng)的特征譜線(xiàn)，以檢測(cè)樣品中待分析元素的含量。