[發(fā)明專利]一種在微米尺度下激光離焦量自動調(diào)節(jié)裝置及其調(diào)節(jié)方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811036090.4
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109297940A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫蘭香;汪為;鄭黎明;齊立峰;張鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01J3/443;G01J3/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 何麗英

本發(fā)明涉及原子發(fā)射光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在微米尺度下激光離焦量自動調(diào)節(jié)裝置及其調(diào)節(jié)方法。所述裝置包括一激光筆，激光筆發(fā)射光束的中心軸上配置了一個光束整形系統(tǒng)和一塊分束鏡，分束鏡與激光筆的光束夾角為45°，分束鏡上下側(cè)設(shè)有用于對樣品表面形貌進行觀察及對樣品表面激光筆光斑進行探測的顯微成像光學(xué)系統(tǒng)，顯微成像光學(xué)系統(tǒng)的下方設(shè)有用于承載樣品的三維載物臺，顯微成像光學(xué)系統(tǒng)和三維載物臺均與控制主機電性連接。顯微成像光學(xué)系統(tǒng)包括位于分束鏡上下側(cè)的CCD相機和顯微物鏡。本發(fā)明能利用CCD相機實時獲取圖像，實時判斷，實時對激光離焦量進行校正，對于保證激光在樣品上產(chǎn)生等離子體形貌的一致性具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及原子發(fā)射光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在微米尺度下激光離焦量自動調(diào)節(jié)裝置及其調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

激光誘導(dǎo)擊穿光譜微區(qū)分析技術(shù)具有分析速度快、樣品制備簡單、使用和維護較方便等優(yōu)點，能彌補傳統(tǒng)微區(qū)分析方法的不足。近年來，得到了很高的關(guān)注。激光與物質(zhì)的相互作用的微觀機理比較復(fù)雜，激光在樣品表面離焦量的不同，直接導(dǎo)致激光聚焦在樣品表面的功率密度的不同，使得所激發(fā)的等離子體內(nèi)部參數(shù)(電子密度、等離子溫度、離子密度等)以及所產(chǎn)生的等離子體形貌有較大的差異。在具體微區(qū)分析中，激光光束一般通過顯微物鏡緊聚焦在樣品表面，使得產(chǎn)生的等離子形態(tài)對樣品表面的離焦量異常敏感，導(dǎo)致探測器所采集到的光譜譜線不穩(wěn)定，極大的影響物質(zhì)成分定性定量分析的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種在微米尺度下激光離焦量自動調(diào)節(jié)裝置及其調(diào)節(jié)方法，主要應(yīng)用在LIBS系統(tǒng)在微米尺度下對金屬、半導(dǎo)體、動植物標本等進行掃描分析時，激光光束離焦量高精度自動調(diào)節(jié)，大大提高了調(diào)焦的精準度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種在微米尺度下激光離焦量自動調(diào)節(jié)裝置，包括一激光筆，所述激光筆發(fā)射光束的中心軸上配置了一個光束整形系統(tǒng)和一塊分束鏡，所述分束鏡與激光筆的光束夾角為45°，所述分束鏡上下側(cè)設(shè)有用于對樣品表面形貌進行觀察及對樣品表面激光筆光斑進行探測的顯微成像光學(xué)系統(tǒng)，所述顯微成像光學(xué)系統(tǒng)的下方設(shè)有用于承載樣品的三維載物臺，所述顯微成像光學(xué)系統(tǒng)和三維載物臺均與控制主機電性連接。

所述顯微成像光學(xué)系統(tǒng)包括CCD相機和顯微物鏡，所述分束鏡的上側(cè)且垂直于激光筆光束中心軸方向設(shè)置CCD相機，所述分束鏡的下側(cè)且垂直于激光筆光束中心軸方向設(shè)置顯微物鏡，所述顯微物鏡連接有壓電陶瓷，所述CCD相機和壓電陶瓷均與所述控制主機電性連接。

所述分束鏡將所述激光筆的部分光束通過顯微物鏡匯聚在樣品表面，且通過透射部分聚焦光斑折返光束，減弱所述CCD相機所探測到的光斑亮度。

所述壓電陶瓷可以驅(qū)動所述顯微物鏡上下移動，實現(xiàn)激光離焦量快速調(diào)節(jié)。

所述三維載物臺在調(diào)焦量超過所述壓電陶瓷行程時，能控制樣品上下移動，使所述壓電陶瓷工作在預(yù)定的行程范圍內(nèi)。

所述光束整形系統(tǒng)對所述激光筆產(chǎn)生的光路進行調(diào)節(jié)，使所述激光筆產(chǎn)生的光束在樣品上聚焦變化率最大處的光斑尺寸與激光器產(chǎn)生穩(wěn)定等離子體的位置一致。

一種所述的在微米尺度下激光離焦量自動調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法，首先，建立激光離焦量與圖片區(qū)域亮斑像素點個數(shù)的模型，再進行調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

步驟1)：利用CCD相機采集N張圖；

步驟2)：求解N張圖片的平均亮斑的像素點個數(shù)；

步驟3)：利用激光離焦量與圖片區(qū)域亮斑像素點個數(shù)的模型，計算激光離焦量；

步驟4)：驅(qū)動三維載物臺和壓電陶瓷進行自動調(diào)焦；

步驟5)：重復(fù)以上步驟1、2、3和4，當步驟3所獲得的調(diào)焦量小于1μm時，則表明本次調(diào)焦結(jié)束。