[發(fā)明專利]一種基于環(huán)形光束的旁軸雙脈沖LIBS系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011076648.9
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112213297B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙宇;侯俊杰;李孟委
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學(xué);南通高等研究院
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 南通璽運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32675
• 代理人: 曾萍

本發(fā)明屬于雙脈沖系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)形光束的旁軸雙脈沖LIBS系統(tǒng)，所述第一各種波長的激光器通過擴(kuò)束鏡、錐形透鏡產(chǎn)生環(huán)形光束，所述環(huán)形光束的光路方向上設(shè)置有被測樣品，所述被測樣品的一側(cè)設(shè)置有光電探測器，所述光電探測器通過導(dǎo)線連接有延遲電路，所述延遲電路通過導(dǎo)線連接有第二各種波長的激光器，所述第二各種波長的激光器的光路方向上設(shè)置有離軸拋物面鏡，所述被測樣品設(shè)置在離軸拋物面鏡的反射光路上。本發(fā)明利用環(huán)形光束將被測物品表面物質(zhì)向中心聚集后發(fā)出第二束激光對匯集后的被測樣品進(jìn)行燒蝕從而可以產(chǎn)生更高能量的等離子體光譜信號，通過提高光譜信號的強(qiáng)度進(jìn)一步提高探測精度。本發(fā)明用于光譜的探測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雙脈沖系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)形光束的旁軸雙脈沖LIBS系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Laser-Induced?Breakdown?Spectroscopy，簡稱LIBS），LIBS技術(shù)是通過透鏡組將脈沖激光聚焦于被測樣品表面，通過燒蝕樣品產(chǎn)生等離子體，等離子體輻射出包含被測樣品原子和離子特征譜線的光譜信號到光譜儀進(jìn)行分析，可用于探測樣品的組成元素等。

在采用LIBS技術(shù)對被測樣品元素的種類和含量進(jìn)行分析檢測時現(xiàn)多用雙脈沖LIBS裝置及方法，雙脈沖LIBS的原理是通過發(fā)射第一束脈沖激光對北側(cè)樣品進(jìn)行預(yù)燒蝕，促使被測樣品表面粉末向脈沖激光中心聚集，優(yōu)化激發(fā)環(huán)境，之后發(fā)射第二束脈沖激光對被測樣品進(jìn)行二次誘導(dǎo)激發(fā)，從而獲得強(qiáng)度更高的等離子體輻射光譜信號。被測樣品通過雙脈沖LIBS測量系統(tǒng)對不同區(qū)域進(jìn)行檢測得到光譜，采集到光譜后光譜儀再傳遞到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)上的軟件將采集到的光譜數(shù)據(jù)與NIST數(shù)據(jù)庫中的LIBS元素光譜信息進(jìn)行分析比對，得到待測樣品中所含的元素種類和相應(yīng)的譜線信息，我們通過分析其中相關(guān)元素的特征譜線及其強(qiáng)度，最終獲得待測樣品中所含元素種類和含量的探測結(jié)果。

然而傳統(tǒng)的雙脈沖LIBS分析裝置及方法的探測精度在某些情況下還是難以達(dá)到要求，主要原因有在進(jìn)行探測時脈沖激光穩(wěn)定性差；探測器會產(chǎn)生噪聲；信號有損耗在傳輸過程中；待檢測樣品物質(zhì)分散，難以達(dá)到高能量的等離子體信號；會受環(huán)境的影響等。而且燒蝕過程也不可重復(fù)，使用安全性低，導(dǎo)致了最終得到的特征譜線不明顯難以對其進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。隨著激光誘導(dǎo)擊穿光譜的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)展，傳統(tǒng)的雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)已不能滿足某些情況下的需要。如何在提高等離子體光譜收集效率的基礎(chǔ)上，提高光譜信號的強(qiáng)度進(jìn)一步提高探測精度，是當(dāng)下需要解決的關(guān)鍵問題。另外傳統(tǒng)的雙脈沖LIBS系統(tǒng)通過調(diào)整光路延時器改變延時光路的光程，從而改變兩束激光的光程差來實(shí)現(xiàn)延遲時間的改變，光速很快而且光在不同環(huán)境下光速有差別，導(dǎo)致延時時間很難控制，精度也不高。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述傳統(tǒng)的雙脈沖LIBS系統(tǒng)探測精度差、延時時間很難控制的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高精度、范圍大、易控制的基于環(huán)形光束的旁軸雙脈沖LIBS系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于環(huán)形光束的旁軸雙脈沖LIBS系統(tǒng)，包括第一各種波長的激光器、第二各種波長的激光器、擴(kuò)束鏡、錐形透鏡、環(huán)形光束、被測樣品、光電探測器、延遲電路、離軸拋物面鏡，所述第一各種波長的激光器的光路方向上依次設(shè)置有擴(kuò)束鏡、錐形透鏡，所述第一各種波長的激光器通過擴(kuò)束鏡、錐形透鏡產(chǎn)生環(huán)形光束，所述環(huán)形光束的光路方向上設(shè)置有被測樣品，所述被測樣品的一側(cè)設(shè)置有光電探測器，所述光電探測器通過導(dǎo)線連接有延遲電路，所述延遲電路通過導(dǎo)線連接有第二各種波長的激光器，所述第二各種波長的激光器的光路方向上設(shè)置有離軸拋物面鏡，所述被測樣品設(shè)置在離軸拋物面鏡的反射光路上。

還包括透鏡、全波段高分辨率光纖束、光譜儀、計(jì)算機(jī)，所述透鏡設(shè)置在被測樣品的另一側(cè)，所述全波段高分辨率光纖束的一端連接在透鏡的焦點(diǎn)處，所述全波段高分辨率光纖束的另一端連接在光譜儀的入射狹縫處，所述光譜儀通過導(dǎo)線連接有計(jì)算機(jī)。

所述錐形透鏡的材料采用聚甲基丙烯酸甲酯或玻璃。