CN111239084A - 一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统，该系统可以同时监测固体脉冲激光器能量和光束质量，系统包括固体脉冲激光器，比例分光镜，光束质量分析仪，比例分光镜，能量计，聚焦透镜，样品靶材，光纤耦合镜，光纤调整架，带接口的光纤，ICCD光谱仪，光谱仪控制线缆，计算机，激光器控制线缆，该系统通过分析固体脉冲激光器的稳定性，剔除固体脉冲激光器能量或光束质量波动较大时得出的实验结果，可以有效提高元素定量探测的稳定性和准确度。

Description

一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统

技术领域

本发明涉及一种激光光谱探测系统，具体涉及一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS)探测系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种采用高能脉冲激光照射样品材料，使材料表面形成高温、高密度的等离子体，通过探测等离子体发出的光谱组成及强度，实现材料元素定性和定量分析的光谱检测技术。

传统的纳秒LIBS探测方法利用纳秒脉冲激光器作为激励源，在脉冲与样品相互作用时，通过等离子体发射谱线强度来对元素进行定量分析，由于脉冲激光的冲能量或光束质量的波动，会影响等离子体发射谱线强度的稳定性，使LIBS光谱信号重复性较差，严重影响LIBS定量探测精度。

为提高LIBS对元素的定量探测稳定性，在已公开的实验中，通过监测激励源能量，提高等离子体发射光谱稳定性，本专利提出一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱(LIBS)探测系统，通过同时监测激励源能量和光束质量，可以进一步降低激励源波动对LIBS进行元素定量分析的影响，获得更准确的元素量化结果。

发明内容

本专利目的在于提供一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱(LIBS)探测系统，该系统以固体脉冲激光器作为激励源，通过同时监测固体脉冲激光器能量和光束质量，剔除固体脉冲激光器能量或光束质量波动较大的实验结果，提高LIBS探测系统的定量探测稳定性和准确度。

为实现本发明的目的，具体技术解决方案是：

一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统，包括固体脉冲激光器、比例分光镜、光束质量分析仪、能量计、聚焦透镜、光纤耦合镜、光纤调整架、ICCD光谱仪和计算机。

固体脉冲激光器前有45°放置的比例分光镜A，45°放置的比例分光镜A旁边有45°放置的比例分光镜B，45°放置的比例分光镜B前有能量计，45°放置的比例分光镜A、45°放置的比例分光镜B和能量计三者共线，45°放置的比例分光镜B旁边有光束质量分析仪，45°放置的比例分光镜A前有聚焦透镜，聚焦透镜焦点处放置样品靶材，聚焦透镜旁边有光纤耦合镜，光纤耦合镜装配在光纤调整架上，使用带接口的光纤将光纤耦合镜和ICCD光谱仪相连，使用光谱仪控制线缆将ICCD光谱仪和计算机相连，使用激光器控制线缆将固体脉冲激光器和计算机相连。

装置中：45°放置的比例分光镜A镀有近红外膜层，膜层使入射光按一定比例透射和反射；45°放置的比例分光镜B镀有近红外膜层，膜层使入射光按一定比例透射和反射；聚焦透镜镀有近红外波段的高透膜；光纤耦合镜镀有可见光波段的高透膜。

本专利是这样来实现的，其方法步骤为：

固体脉冲激光器发出脉冲激光，经过比例分光镜A分为两路：

第一路为光束稳定性分析光路，经比例分光镜A反射的第一路脉冲激光，再经过比例分光镜B按比例分为两路，其中一路经比例分光镜B反射进入光束质量分析仪，获得光束质量M2因子；另一路穿过比例分光镜B入射到能量计。

第二路为探测光路，穿过比例分光镜A的第二路脉冲激光，经聚焦透镜会聚，打到样品靶材表面，聚焦透镜的焦距等于它到样品靶材表面的距离。靶材表面产生的等离子主要由可见光波段光谱组成，经光纤耦合镜、带接口的光纤进入ICCD光谱仪，由ICCD光谱仪采集光谱传入计算机。根据靶材谱线特征，调整ICCD光谱仪与固体脉冲激光器的延迟时间。

本发明的优点在于：通过同时监测固体脉冲激光器能量和光束质量，剔除固体脉冲激光器能量或光束质量波动较大时得出的实验结果，达到了提高LIBS探测系统的定量探测稳定性和准确度的目的。

附图说明

图1为本专利的原理图，图中：1-固体脉冲激光器；2-比例分光镜A；3-光束质量分析仪；4-比例分光镜B；5-能量计；6-聚焦透镜；7-样品靶材；8-光纤耦合镜；9-光纤调整架；10-带接口的光纤；11-ICCD光谱仪；12-光谱仪控制线缆；13-计算机；14-激光器控制线缆。

具体实施方式

本专利如图1所示，一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统包括：固体脉冲激光器1，比例分光镜A2，光束质量分析仪3，比例分光镜B4，能量计5，聚焦透镜6，样品靶材7，光纤耦合镜8，光纤调整架9，带接口的光纤10，ICCD光谱仪11，光谱仪控制线缆12，计算机13，激光器控制线缆14。

固体脉冲激光器1发出脉冲激光，经过比例分光镜A2分为两路：

第一路为光束稳定性分析光路，经比例分光镜A2反射的第一路脉冲激光，再经过比例分光镜B4按比例分为两路，其中一路经比例分光镜B4反射进入光束质量分析仪3，获得光束质量M2因子；另一路穿过比例分光镜B4入射到能量计5。

第二路为探测光路，穿过比例分光镜A2的第二路脉冲激光，经聚焦透镜6会聚，打到样品靶材7表面，聚焦透镜6的焦距等于它到样品靶材7表面的距离。靶材7表面产生的等离子主要由可见光波段光谱组成，经光纤耦合镜8、带接口的光纤10进入ICCD光谱仪11，由ICCD光谱仪11采集光谱传入计算机13。根据靶材7谱线特征，调整ICCD光谱仪11与固体脉冲激光器1的延迟时间。通过同时监测固体脉冲激光器能量和光束质量，剔除固体脉冲激光器能量或光束质量波动较大时得出的实验结果，达到了提高LIBS探测系统的定量探测稳定性和准确度的目的。

Claims (5)

1.一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统，它包括固体脉冲激光器(1)，45°放置的比例分光镜A(2)，光束质量分析仪(3)，45°放置的比例分光镜B(4)，能量计(5)，聚焦透镜(6)，光纤耦合镜(8)，光纤调整架(9)，ICCD光谱仪(11)，计算机(12)，其特征在于：固体脉冲激光器(1)出光口前方设有与出射光路成45°角放置的比例分光镜A(2)，45°放置的比例分光镜A(2)旁边有与比例分光镜A(2)反射光路成45°角放置的比例分光镜B(4)，45°放置的比例分光镜B(4)前方设有能量计(5)，45°放置的比例分光镜A(2)、45°放置的比例分光镜B(4)和能量计(5)光入口三者几何中心共线，透过比例分光镜B(4)光进入能量计(5)；45°放置的比例分光镜B(4)旁边设有接收比例分光镜B(4)反射光的光束质量分析仪(3)，45°放置的比例分光镜A(2)前方设有用于聚集透过比例分光镜A光束的聚焦透镜(6)，位于聚焦透镜(6)远离比例分光镜A一侧的聚焦透镜(6)焦点处放置样品靶材(7)，聚焦透镜旁边设有光纤耦合镜(8)，使用带接口的光纤(10)将光纤耦合镜(8)和ICCD光谱仪(11)相连，样品反射的光经光纤耦合镜传输至ICCD光谱仪，使用光谱仪控制线缆(12)将ICCD光谱仪(11)和计算机(13)相连，使用激光器控制线缆(14)将固体脉冲激光器(1)和计算机(13)相连。

2.根据权利要求1所述的一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统，其特征在于：所述的45°放置的比例分光镜A(2)镀有近红外膜层，膜层使入射光按一定比例透射和反射。

3.根据权利要求1所述的一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统，其特征在于：所述的45°放置的比例分光镜B(4)镀有近红外膜层，膜层使入射光按一定比例透射和反射。

4.根据权利要求1所述的一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统，其特征在于：所述的聚焦透镜(6)镀有近红外波段的高透膜。

5.根据权利要求1所述的一种带有光束稳定性分析的激光诱导击穿光谱探测系统，其特征在于：所述的光纤耦合镜(8)装配在光纤调整架(9)上。

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