[發明專利]一種同軸環形雙脈沖LIBS系統

有效

• 申請號: 202010894343.2
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111912836B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 趙宇;董馳;李孟委
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G01N21/01
• 代理公司: 太原榮信德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14119
• 代理人: 楊凱;連慧敏

本發明屬于光譜探測技術領域，具體涉及一種同軸環形雙脈沖LIBS系統，所述脈沖激光器沿光路方向上依次設置有擴束鏡、準直鏡、旋鏡、圓錐鏡、第一反射鏡，所述第一反射鏡的反射光路上設置有半透半反射鏡、聚焦鏡，所述旋鏡連接有旋鏡控制器，所述旋鏡控制器控制旋鏡旋轉，所述旋鏡的反射光路上設置有第二反射鏡，所述半透半反射鏡設置在第二反射鏡的反射光路上。本發明使等離子發射光譜增強，提高分析靈敏度；本發明將兩臺激光器減少為一臺，減少了體積，降低了成本；同時本發明不會將第一發脈沖激發的等離子體擊飛，經過雙脈沖的照射，等離子體更容易被檢測到，提高了信號穩定性，提高信噪比，減小了相對標準偏差。本發明用于光譜的探測。

技術領域

本發明屬于光譜探測技術領域，具體涉及一種同軸環形雙脈沖LIBS系統。

背景技術

激光誘導擊穿光譜（簡稱LIBS）技術是一種激光燒蝕光譜分析技術，通過將高能量密度超短脈沖打到被測樣品表面，會使得樣品物質等離子化，產生一個小范圍等離子體，進而對等離子體發射光譜進行分析以確定樣品的物質成分及含量。LIBS技術的優勢明顯，需要樣品量極少，對樣品的破壞性小，可以對固相、液相和氣相的樣品進行檢測，幾乎不需要對樣品進行預處理，可以實現快速實時在線分析，因此LIBS技術廣泛應用于地質、煤炭、冶金、環境、科研等領域。

單脈沖LIBS產生的等離子體溫度和密度比較低，檢測到的等離子體信號較弱，因此單脈沖LIBS技術的分析靈敏度較低，測量結果誤差較大，可以采用雙脈沖激光來使等離子體發射光譜增強，提高信號穩定性，提高分析靈敏度。傳統雙脈沖LIBS技術采用兩發脈沖照射在樣品表面，當第一發脈沖照射在樣品表面后產生等離子體，第二發脈沖打到等離子體上，會使等離子體粉末擊飛，不容易收集等離子信號，降低了信號的穩定性，因而傳統雙脈沖LIBS技術也有其局限性。

發明內容

針對上述單脈沖LIBS技術的分析靈敏度較低、傳統雙脈沖LIBS技術會使等離子體粉末擊飛且不容易收集等離子信號的技術問題，本發明提供了一種信號穩定性強、信噪比高、相對標準偏差小的同軸環形雙脈沖LIBS系統。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種同軸環形雙脈沖LIBS系統，包括脈沖激光器、擴束鏡、準直鏡、旋鏡、旋鏡控制器、圓錐鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、半透半反射鏡、聚焦鏡，所述脈沖激光器沿光路方向上依次設置有擴束鏡、準直鏡、旋鏡、圓錐鏡、第一反射鏡，所述第一反射鏡的反射光路上設置有半透半反射鏡、聚焦鏡，所述旋鏡連接有旋鏡控制器，所述旋鏡控制器控制旋鏡旋轉，所述旋鏡的反射光路上設置有第二反射鏡，所述半透半反射鏡設置在第二反射鏡的反射光路上。

所述聚焦鏡的焦點處設置有被測物體。

所述被測物體的一側設置有光纖束，所述光纖束連接有光譜儀，所述光譜儀連接有計算機。

所述被測物體的另一側設置有光電探測器，所述光電探測器連接有光電檢測電路，所述光電檢測電路連接有延時電路，所述延時電路分別與脈沖激光器、旋鏡控制器連接。

所述脈沖激光器發射第一發脈沖通過擴束鏡、準直鏡，所述旋鏡控制器控制旋鏡旋轉至與準直鏡出射光平行的位置，所述準直鏡出射光經過圓錐鏡產生環形光束，所述環形光束再經過第一反射鏡、半透半反射鏡照射到被測物體表面，所述脈沖激光器發射二發脈沖，所述旋鏡控制器控制旋鏡旋轉至準直鏡出射光的光路上，所述準直鏡出射光經旋鏡反射后通過第二反射鏡和半透半反射鏡照射到被測物體表面。

所述光電探測器檢測第一發脈沖產生的等離子體信號，所述光電檢測電路檢測到信號后傳遞給延時電路，所述延時電路延時發出信號傳遞給脈沖激光器和旋鏡控制器，所述脈沖激光器發射第二發脈沖，所述旋鏡控制器控制旋鏡旋轉45°，所述第二發脈沖通過旋鏡、第二反光鏡、半透半反射鏡、聚焦鏡發射照射在第一發脈沖產生的等離子體粉末上。

所述光纖束采用高透過率材料。