CN116157659A - 用于激光诱导击穿光谱法的运动学路径方法 - Google Patents

用于激光诱导击穿光谱法的运动学路径方法 Download PDF

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Abstract

一种用于组成分析的方法包括：提供具有表面的样本；以及用控制器确定沿循沿着该表面的振荡路径的多个等距位置。该振荡路径在大致平行于该表面的平面内的至少一个正交维度上是正弦形的。该方法还包括：对于该多个等距位置中的每个等距位置，使烧蚀点沿着该振荡路径移动该到每个等距位置；使能量源发送脉冲以提供电磁能量束来烧蚀该烧蚀点处的材料；以及响应于使该能量源发送脉冲而用光谱仪器收集发射光谱。该方法还包括分析该发射光谱以确定该表面处的组成。

Description

用于激光诱导击穿光谱法的运动学路径方法
技术领域
本公开一般涉及用于执行激光诱导击穿光谱法的系统和方法。
背景技术
元素分析技术有助于确定各种形式的材料的元素组成。元素分析技术的范围是从破坏性(例如，材料在测试中被破坏)到半破坏性(例如，材料被采样或表面受损)直到完全非破坏性(例如，材料保持完好无损)技术。示例技术可包括电感耦合等离子体-原子发射光谱法(例如，ICP-AES)、ICP-质谱法(例如，ICP-MS)、电热原子化原子吸收光谱法(例如，ETA-AAS)、X射线荧光光谱法(例如，XRF)、X射线衍射(例如，XRD)和激光诱导击穿光谱法(例如，LIBS)。元素分析可为定性或定量的，并且通常需要根据已知标准进行校准。
激光诱导击穿光谱法(LIBS)是用于分析包括金属、聚合物、玻璃、陶瓷和矿物的各种各样材料的分析技术。LIBS可非常准确地检测和定量元素周期表中的元素。它可对大小样本执行分析，需要很少乃至不需要样本制备，并且可用于主体元素分析和微扫描成像。LIBS依赖于指向样本的脉冲能量发射(诸如脉冲激光发射)来烧蚀物质，使该物质原子化和电离。每个激光脉冲在样本表面上的冲击产生等离子体羽流，来自该等离子体羽流的光可被分析来执行定性或定量光谱测量。因此，LIBS可提供具有高精度、检测极限和低成本的易于使用、快速的原位化学分析。
激光与物质的相互作用取决于量子力学，量子力学描述了光子如何被原子吸收或发射。如果原子吸收光子，则一个或多个电子从基态移动到更高能量的量子态。电子倾向于占据可能的最低能量级，并且在冷却/衰变过程中，原子发射光子以返回到较低能量级。对于每种原子，不同原子的不同能量级产生不同的光子能量，由于它们量子化而具有窄带发射。这些发射对应于LIBS光谱中存在的光谱发射线。
等离子体寿命存在三个基本阶段。第一阶段是点火过程，该点火过程包括激光脉冲期间的初始键断裂和等离子体形成。这个点火过程受到激光类型、激光功率和脉冲持续时间的影响。等离子体寿命的第二阶段对于LIBS光谱采集和测量的优化来说是最关键的，因为等离子体在冷却过程期间会引起原子发射。在点火之后，等离子体将继续膨胀和冷却。同时，电子温度和密度将发生改变。这个过程取决于烧蚀质量、光斑尺寸、耦合到样本的能量和环境条件(样本的状态、压力等)。
等离子体寿命的最后阶段对于LIBS测量来说不太有用。一定量的烧蚀质量不会被激发为蒸气或等离子体；因此，这种材料被烧蚀为颗粒，并且这些颗粒产生不发射辐射的冷凝蒸气、液体样本喷射和固体样本剥离。此外，被烧蚀的原子变冷并且在等离子体的复合过程中产生纳米颗粒。
附图说明
通过参考附图，可更好地理解本公开，并且其众多特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
图1包括示例激光诱导击穿光谱系统的图示。
图2包括示例激光诱导击穿光谱系统的图示。
图3和图4包括用于执行激光诱导击穿光谱法的示例设备的图示。
图5包括示例激光诱导击穿光谱系统的束图。
图6和图7包括示出用于执行激光诱导击穿光谱法的示例方法的方框流程图。
图8和图9包括由激光诱导击穿光谱系统使用的示例扫描图案的图示。
图10包括示出由激光诱导击穿光谱系统使用的示例方法的方框流程图。
图11、图12、图13和图14包括由激光诱导击穿光谱系统使用的示例扫描图案的图示。
图15包括烧蚀点的示例图案的图示。
图16和图17包括示出移到相邻的烧蚀点的移动模式的图。
在不同附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的物品。
具体实施方式
在实施方案中，用于组成分析的系统包括能量源，以提供指向样本的表面上的烧蚀点的能量束。能量源例如可为激光器。烧蚀点可在表面上沿着振荡路径顺序地移动到各位置(样本点)。在示例中，位置可设置在沿着振荡路径的等距离位置处。在示例中，振荡路径在平面维度的至少一个正交维度上包括正弦曲线图案。该系统可包括控制器，该控制器将烧蚀点的移动引导到沿着振荡路径的位置。该系统还可包括透镜和镜，或任选地线性载台平台，以便于烧蚀点的移动。能量束在烧蚀点处从样本的表面烧蚀材料。被烧蚀的材料发出发射光谱。该系统可包括收集系统以收集发射光谱。在示例中，收集系统包括收集透镜，该收集透镜光学地连接到光谱分析仪或光谱仪以确定被烧蚀的材料所发射的波长。该系统可使用发射光谱来确定存在哪些元素以及任选地以什么量存在。
在又一示例中，用于组成分析的方法包括提供具有表面的样本。在顺序地沿着振荡路径的每个位置(样本点)处，从该位置处的表面烧蚀材料，收集发射光谱，并且分析发射光谱以确定表面处的组成。任选地，将发射光谱转换为数字信号以进行进一步的分析来确定组成。可诸如通过平均化来分析组成，以确定平均表面组成。在另一个示例中，位置处的组成可用于形成根据位置分辨组成的图像或图。
已经发现，常规的扫描方法尤其是在与不规则形状一起使用时不能提供对表面的快速的分布式覆盖。当将表面上的组成平均化时，相对于表面的一个区域，常规方法往往会过分强调另一个区域。本文所述的系统和方法有利地提供了均匀的覆盖和测试速度，以及其他益处。
图1包括用于例如通过激光诱导击穿光谱法执行组成分析的系统1的示意图。样本2放置在平台4上。能量源6通过光学系统(诸如透镜10)将能量束8引导在位于样本2的表面上的烧蚀点12处。从样本2的表面烧蚀材料，并且被烧蚀的材料的至少一部分被原子化或电离，从而产生发射光谱14，该发射光谱由例如使用光纤电缆光学地连接到光谱仪18的收集透镜16收集。
能量源6可为激光器。在示例中，能量源6是波长范围为200nm至1100nm，诸如1064nm、532nm或266nm的脉冲激光器。此外，能量源6的峰值功率的范围可为0.5MW/cm2至2GW/cm2，诸如至少1MW/cm2，足以从样本的表面烧蚀材料并且探测元素组成。例如，激光脉冲可具有在100μJ至100mJ的范围内的能量和处于飞秒、皮秒或纳秒级(regime)的脉冲宽度，其中脉冲重复率高达MHz级。激光器可为锁模激光器或Q开关激光器。例如，激光器可为无源Q开关激光器或有源Q开关激光器。
透镜10可包括球面透镜、平场扫描透镜(例如，F-tan(θ)扫描透镜)或F-θ扫描透镜。特别地，透镜10是F-θ扫描透镜。
收集系统可包括收集透镜16和光谱仪18。在示例中，光谱仪包括成像设备，诸如电荷耦合器件(CCD)成像设备。在又一示例中，发射光谱可由一个或多个镜引导到光谱仪。在附加示例中，光谱仪可包括各种光学部件，诸如一个或多个镜、透镜、光圈、光栅、棱镜和发射收集设备。在示例中，发射收集设备是电荷耦合器件(CCD)设备。但是，在其他示例中，可采用其他发射检测器。
特别地，系统1包括控制器20。在示例中，控制器20可控制烧蚀点12到样本2的表面上的位置的相对移动。例如，控制器20可控制线性载台平移台(诸如平台4)以相对于固定束8移动样本2。在另一个示例中，可使用诸如振镜、棱镜或透镜等镜来改变烧蚀点在固定样本上的相对位置。控制器20可控制烧蚀点12沿着振荡路径顺序地移到样本2的表面上的位置的相对移动。根据对样本2的表面上的每个位置处的发射光谱的收集，有可能构建被扫描表面的组成图。
控制器20还可控制激光器6的定时以仅在样本表面上的期望位置处烧蚀材料。此外，控制器20可控制收集系统(诸如光谱仪18)，以在相对于激光器6的激活有所延迟的某一时间处收集发射光谱。
在示例中，控制器20还可允许在样本2的表面上选择测试区域。例如，控制器20可使用激光系统来检测表面的边缘并且选择整个表面区域。在另一个示例中，控制器20可使用任选的相机11来检测表面的边缘。在又一示例中，控制器20可向用户提供界面，该界面准许用户选择表面上用于测试的区域。
作为平移台的替代方案，该系统可包括一组一个或多个固定镜和可移动定位镜(诸如振镜)，它们可引导电磁能量束通过透镜到达样本的表面上的烧蚀点。在示例中，可自动地控制和调整由马达驱动的镜，以将烧蚀点导引到样本2的表面上沿着振荡路径顺序地设置的位置(样本点)。在示例中，控制器20控制可调镜以调整样本2的表面上烧蚀点12所在的位置(样本点)。特别地，控制器20被配置为例如通过控制驱动可调镜的马达来使烧蚀点移动到沿着振荡路径顺序地设置的位置。
控制器20可包括计算机(未示出)：例如，包括连接在一起的存储介质、存储器、处理器、一个或多个接口，诸如用户输出接口、用户输入接口和网络接口。存储介质可为任何形式的非易失性数据存储装置，诸如硬盘驱动器、磁盘、光盘、ROM等中的一种或多种。存储介质可存储一个或多个计算机程序，以使控制器20调整样本2的表面上烧蚀点12所在的位置。存储器可为适合于存储数据或计算机程序的任何随机存取存储器。处理器可为适合于执行一个或多个计算机程序(诸如存储在存储介质上或存储器中的那些)的任何处理单元。处理器可包括单个处理单元或并行地、单独地或彼此协作地操作的多个处理单元。在进行处理操作时，处理器可将数据存储到存储介质或存储器，或从存储介质或存储器读取数据。可提供接口，该接口是用于在计算机与可移动镜或平移平台4与能量源6之间提供接口的任何单元。用户输入接口可被布置为从用户或操作者接收输入。用户可经由控制器的一个或多个输入装置(诸如鼠标(或其他指向装置)或键盘)来提供这种输入，这些输入装置连接到用户输入接口或与用户输入接口通信。然而，应当了解，用户可经由一个或多个附加的或替代的输入装置(诸如触摸屏)向计算机提供输入。计算机可将经由用户输入接口从输入装置接收的输入存储在存储器中以供处理器随后存取和处理，或可将该输入直接传递到处理器，使得处理器可相应地对用户输入进行响应。用户输出接口可被布置为向用户或操作者提供图形/视觉输出。例如，从样本收集的发射光谱可作为图形/视觉输出提供给用户或操作者。因此，处理器可被布置为指示用户输出接口形成表示期望的图形输出的图像/视频信号，并且将这个信号提供给连接到用户输出接口的视频显示单元(VDU)，诸如监视器(或屏幕或显示单元)。应当了解，上述计算机架构仅仅是示例性的，并且可使用具有不同架构(例如，具有更少的部件或具有附加的或替代的部件)的其他计算机系统。作为示例，计算机可包括以下各项中的一种或多种：个人计算机；服务器计算机；膝上型计算机；等。
图2包括激光诱导击穿光谱(LIBS)系统100的图示，该LIBS系统包括脉冲激光器113、扩束器111、双轴扫描振镜系统110、透镜108、腔室103、一个或多个镜105、相关联的透镜116和一个或多个光谱仪117。样本101可定位在包括开口或分析孔口的台上以使样本的表面暴露于腔室103的内部。
激光源113发射光脉冲112，例如具有如上文相对于图1所描述的波长或功率。激光源113的脉冲频率的范围可为1Hz至1000Hz。每个脉冲112被引导到样本101的表面上，在该处产生等离子体102。从等离子体102发出的光可由镜105收集并且通过透镜116引导到光谱仪117。光强度的对应检测可用于执行定性或定量光谱法，从而产生对表面上的元素和可能的组成的鉴定。
任选地，扩束器111设置在激光束112的始于激光源113的路径中，以增大激光束112的直径。扩大激光束112的直径减小了每单位面积的功率，从而避免损坏诸如振镜系统110的镜的光学部件，并且随后在样本表面上实现更紧密的聚焦光斑。因此，束112在撞击镜110时从较大区域109反射出去。在示例中，扩束器111包括入口透镜111B和出口透镜111A。
振镜系统110可包括两个电动镜110A和110B。与透镜108(诸如F-θ透镜)耦接的此类电动镜110A和110B可将遵循绘图的束引导在样本101的表面上。在示例中，透镜108可将激光束112在样本表面上聚焦为约10μm的光斑。光斑上每单位面积的激光强度足以产生等离子体102。由等离子体102发射的光104的一部分由一个或多个镜105A、105B、105C或105D回收并且通过一个或多个透镜116A、116B、116C或116D聚焦在一个或多个光谱仪117上。尽管示出了四个镜105A、105B、105C和105D以及四个对应的透镜116A、116B、116C和116D，但是应当了解，实施方案可设有一个或多个这样的镜以及一个或多个对应的透镜。
光谱仪117使用狭缝117A、光栅117B根据波长来对光104进行分束，并且使用线性阵列传感器117C或单通道传感器117D来检测光。来自传感器117C或117D的传感器信号可用于确定样本的元素组成。
样本101与腔室103耦接以准许样本101的表面暴露于腔室103的内部。腔室103可以其他方式气密地密封。例如，透镜108或116可包括O型环107或115。
腔室103可使用诸如氩气、氮气、氦气或空气等气体来吹扫。腔室103的内部可维持在压力或真空下。气体可通过开口106注入腔室103中，并且通过第二开口114从腔室103离开。任选地，真空泵可连接到第二开口114，从而在气体移动通过腔室103时在腔室103中抽真空。开口106或114的位置可提供用于使气体流穿过腔室以减少死体积并且排出由等离子体102产生的尘埃。当真空泵连接到第二开口114时，尘埃可通过真空泵排出。特别地，等离子体102和所产生的发射光104的质量和性质取决于腔室103内的环境。因此，进行尘埃处理的密封室103是高度期望的。
如图3的示例LIBS系统所示，具有分析孔口202的样本台201位于腔室210上方。样本可通过样本压机209保持在适当位置。激光系统207通过扩束器206经由振镜系统耦接到透镜205，该透镜将激光脉冲引导到样本的通过分析孔口202暴露的表面。
从由于激光脉冲通过分析孔口202撞击在样本的表面上而产生的等离子体中发射的光可被由等离子体观察镜支架204A和204B保持的镜收集。在示例中，由耦接到等离子体观察镜支架204A的镜收集的光被引导到光谱透镜208。在另一个示例中，由附接到等离子体观察镜支架204B的镜收集的光被投射到光谱仪203。
图4进一步示出了与图1的LIBS系统相关的细节。样本压机301可将样本紧固到样本台303，该样本台具有通向腔室313的内部的分析孔口304。被引导通过扩束器309和F-θ透镜308的激光脉冲可通过分析孔口304撞击在样本上。F-θ透镜308可由F-θ透镜支架310支撑。使用振镜系统(诸如图2所示的那些)，穿过扩束器309和F-θ透镜308的激光脉冲可照射到样本的通过分析孔口304暴露的表面上。
从产生的等离子体发射的光可由镜307A或307B收集，并且可被引导通过光谱透镜302或引导到光谱仪311。例如，由镜307A收集的光可被重定向到光谱仪311。在另一个示例中，由镜307B收集的光可被引导到光谱透镜302。镜307A或307B可分别由等离子体观察镜支架306A或306B保持在适当位置。
在又一示例中，腔室313可被配置用于气体流动以将由等离子体产生的尘埃颗粒从样本表面和样本孔口304吸走。例如，腔室313可具有设置在靠近透镜308的腔室底部近侧的气体入口(未示出)。气体可向上通过腔室313朝向分析孔口304流动。腔室313可限定流管305或壁。气体经过壁流入连接到出口312的环形物中。任选地，出口312可连接到真空泵，该真空泵对气体进行抽吸，使该气体通过腔室313，经过流管305，进入环形物，并且从出口312离开。
图5示出了光延伸通过系统的示例路径。例如，激光束410可被引导到振镜系统的电动镜409A或409B并且引导通过F-θ透镜408，该F-θ透镜将聚焦的激光束提供到样本平面401上。在样本平面401处撞击样本时，激光束产生发射光405的等离子体404。等离子体404的光405可撞击镜406A或406B，这些镜将所收集的光405引导到光谱透镜402上或通过入口403引导到光谱仪中。在示例中，光谱仪(诸如图1、图2或图3所示的光谱仪)可收集由等离子体发射的光谱并且基于该光谱而确定元素组成。
图2、图3、图4和图5所示的系统中的每一者可包括彼此或图1所示的系统的元件和特征。在示例中，图2、图3、图4和图5的系统中的每一者还可包括具有相对于图1所描述的形式和功能性的控制器。在又一示例中，图2、图3、图4和图5的系统中的每一者可具有如相对于图1所描述的相机。
该系统的某一特征(诸如图1至图5中所示的那些)是样本的表面上用于主体元素分析的振荡扫描。在示例中，振荡扫描允许将大量样本点平均化，以在每次测量之后获得期望的统计结果。对考虑中的样本表面上许多样本点的收集提高了定性或定量分析的准确性。与单个点相比，从表面上的许多样本点收集测量结果更能代表样本组成。例如，与直径为约10μm的单个点相比，该系统可分析直径为1mm至10mm的表面区域。
在不存在上述系统的扫描的情况下，激光会在每次脉冲时烧蚀样本的同一部分，并且在每次脉冲之后，将在不同深度处分析样本的组成。这种测量技术是受限的，因为存在深度极限，在该深度极限之后不可能进行进一步的分析。例如，等离子体钻入坑中直到等离子体被坑的深度阻挡，或者激光的聚焦不再足以产生可靠的等离子体的程度。相比之下，本发明系统的扫描增加了测量次数，同时在F-θ透镜的焦点处连续地检测等离子体。
为了对样本表面进行准确而又具有代表性的分析，期望例如使用扫描路径在表面上进行分布式采样，该扫描路径提供对表面的分布式采样并且通过减少加速型跳动改进镜移动。特别地，扫描路径可将至少一个正交维度(例如，针对表面的x或y维度)上的移动定义为正弦曲线图案(例如，正弦或余弦)。在示例中，正弦曲线图案可为时间函数。例如，正弦曲线图案可包括周期性参数。此外，正弦曲线图案可具有振幅，该振幅可为恒定的或者可为时间或位置函数。一般而言，正弦曲线图案的一阶导数也是正弦曲线的。例如，正弦曲线图案可为正弦或余弦图案。在示例中，当正弦曲线图案是正弦图案时，一阶导数是余弦并且二阶导数是正弦。正弦曲线图案和正弦曲线导数有利于减少镜移动中的加速型跳动，并且有利于在扫描路径的末端处实现连续性，使得可进行多次扫描以增加采样点的数量，并且因此增加分析结果的准确性。
可例如通过正弦曲线图案沿着样本路径定义样本点。可沿着路径等距地定义样本点。在示例中，等距样本点可为线性等距点或曲线等距点。正弦曲线路径和沿着该路径的等距样本点允许镜进行期望的移动，使得镜可将束快速地移动到下一个样本点，同时在每个样本点处保持静止足够长的时间，以使激光产生期望的等离子体。
图6包括示出用于分析样本的示例方法600的方框流程图。方法600包括插入样本，如方框602处所示。例如，可将样本插入腔室中或放置在腔室中的平台上。在另一个示例中，可抵靠具有分析孔口的样本台放置样本，该分析孔口使样本的表面暴露于腔室的内部。
如方框604处所示，该系统可确定在样本的表面上限定的振荡路径。例如，分析孔口可限定样本的被暴露用于测试的区域。振荡路径可在针对样本的表面上暴露的区域的至少一个维度上利用正弦曲线图案。替代地，可在表面上暴露不规则形状或可由仪器的用户选择不规则形状。该系统可定义振荡路径，该振荡路径提供跨不规则形状的测试区域的表面的样本点的期望分布。在示例中，该系统的控制器可如图1所示利用相机来确定表面的形状并且定义适当的振荡路径，该振荡路径提供跨表面的样本点的期望分布。
在示例中，振荡路径沿循沿着样本的表面的两个正交维度中的至少一个正交维度是正弦形的。例如，振荡路径可沿着两个正交维度中的至少一个正交维度具有正弦或余弦图案。例如，振荡路径可沿着高度维度具有正弦图案。正弦曲线图案可通过周期性参数和振幅来表征。周期性参数可被指定为在一个正交维度上提供跨表面的振荡次数。振幅可为恒定的。在另一个示例中，振幅可为时间函数。在又一示例中，振幅可为位置函数。
在又一示例中，两个正交维度都由正弦曲线图案定义。在示例中，第一正交维度上的正弦曲线图案可为正弦图案，而第二正交维度上的正弦曲线图案是余弦图案。每个图案可由周期性参数定义。沿着两个正交维度的两个图案的周期性参数可为相同的。在另一个示例中，周期性参数是不同的。例如，两个周期性参数的比率可为整数。在示例中，比率是偶数整数。替代地，比率是奇数整数。与两个正交维度的正弦曲线图案相关联的振幅可为相同的。例如，振幅可为相同的时间函数或相同的常数。在另一个示例中，两个正交维度的正弦曲线图案中的每一者的振幅是不同的。此外，第二维度的正弦曲线图案的振幅可为常数，而与第一正交维度的正弦曲线图案相关联的振幅可为位置函数。
在另一个示例中，沿着正交维度中的至少一个正交维度定义了至少一个正弦曲线图案的振荡路径可包括在第二正交维度上的非正弦曲线图案。例如，y维度上的正弦曲线图案可为具有期望的周期性和振幅的正弦图案，而x维度上的图案是线性的，诸如线性时间函数。
此外，沿着振荡路径定义样本点。例如，可沿着振荡路径顺序地定义等距样本点。等距烧蚀点可为线性等距的或者可为曲线等距的。
如方框606处所示，可沿着振荡路径将激光的烧蚀点引导到下一个样本点。可通过移动镜以将激光的烧蚀点引导到新的位置来实现激光的重定向。振镜的惯性性质可能不允许镜在每个烧蚀点处完全停止它们的移动。然而，使用此处呈现的振荡移动的优点在于，振镜的旋转保持恒定以允许镜平稳地延续它们的路线。由于激光脉冲比振镜移动快几个数量级，每个脉冲就像镜被有效地固定那样冲击。这导致每个烧蚀点被引导到样本上的预期位置，而不存在烧蚀点的任何明显的畸变。
激活激光器，例如，如方框608处所示。作为激光器激活的结果，一个或多个脉冲在烧蚀点处撞击样本的表面，从而导致形成等离子体，该等离子体沿着表面在该点处发射样本组成特有的光谱。
如方框610处所示，收集发射光谱。例如，发射光谱可由镜收集，该镜将所收集的发射光谱引导到光谱透镜或光谱仪。光谱仪将发射光谱转换为信号，如方框612处所示。
如方框614处所示，该系统可确定其是否已经到达沿着振荡路径的最后一个样本点。如果尚未到达最后一个样本点，则该系统可重复使烧蚀点沿着振荡路径移动到下一个样本点(如方框606处所示)，激活激光器(如方框608处所示)，收集发射光谱(如方框610处所示)，并且将发射光谱转换为信号(如方框612处所示)。
一旦到达振荡路径的末端，此时已经测试完最后一个样本点，该系统就可分析转换后的信号，如方框616处所示。例如，该系统可分析信号以确定每个点处的组成。此外，该系统可将测量结果平均化。在示例中，该系统可确定测量结果的平均值、中值或众数。例如，该系统可确定跨测试样本点的平均组成测量结果。虽然分析被示出为在采样过程完成之后进行，但是分析可与沿着振荡路径测试样本点同时进行。
图7包括用于测试样本的另一方法700的方框流程图。当测试表面不由孔口或与设备相关联的其他规则形状的机械特征限定的样本时，方法700特别有用。特别地，包括不规则形状测试区域的样本受益于图7的方法。
在示例中，方法700包括将样本插入该系统中，如方框702处所示。例如，插入样本可包括将样本放置在诸如平移台的台上，或者将样本放置在暴露于腔室的孔口上方。
在样本上选择测试区域，如方框704处所示。例如，可向用户提供样本的图像以选择期望的测试区域。在另一个示例中，该系统可确定与样本的表面相关联的边缘并且基于样本表面的边缘而选择测试区域。在一些示例中，测试区域可具有规则形状，诸如圆形或矩形。在其他示例中，所选择的测试区域可具有不规则形状。
如方框706处所示，该系统可确定中心线和边界参数。例如，该系统可确定测试区域在中心线处的宽度以及从中心线到边界或边缘的距离。
可确定振荡参数(例如，周期性参数或振幅)以定义振荡路径，如方框710处所示。例如，可定义与沿循沿着表面的一个或两个正交维度的正弦曲线图案相关联的周期性参数。此外，可针对沿着两个正交维度的一个或两个图案确定振幅参数。
如方框712处所示，该系统可确定沿着振荡路径的等距点。例如，这些点可沿着振荡路径线性地等距。在另一个示例中，这些点可沿着振荡路径曲线地等距。
该系统可测试沿着振荡路径定义的每个样本点。例如，该系统可沿着振荡路径将激光的烧蚀点移动到下一个样本点，如方框714处所示。可将激光脉冲一次或多次以产生等离子体，如方框716处所示。
可收集由等离子体发射的发射光谱，如方框718处所示。然后可例如通过光谱透镜或光谱仪将发射光谱转换为信号，如方框720处所示。
如方框722处所示，该系统可确定其是否已经到达沿着振荡路径的样本点的末端或者是否沿着振荡路径移动到后续样本点。一旦它已经到达振荡路径的末端，该系统就可分析转换后的信号，如方框724处所示。例如，该系统可确定沿着表面的每个点处的组成。此外，该系统可确定平均组成。在示例中，该系统可确定测量结果的平均值、中值或众数。该系统可将转换后的信号的测量平均化，并且基于信号的总和而确定组成。替代地，该系统可确定每个点处的组成并且跨样本点求平均组成。
此类方法可用于定义图案，该图案提供跨各种形状的测试区域的表面的样本点的期望分布。例如，测试区域可为圆形的。在另一个示例中，测试区域可为矩形的。在又一示例中，测试区域可为不规则的。
例如，图8包括覆盖圆形测试区域的示例振荡路径的图示。该路径遵循螺旋图案。可在所有两个正交维度上使用正弦曲线图案来产生这种图案。在示例中，两个正交维度中的第一维度上的正弦曲线图案是正弦图案，而第二正交维度上的正弦曲线图案是余弦图案。每个正弦曲线图案是时间函数。此外，在所示的示例中，与每个图案相关联的周期性参数是相等的。与每个正弦曲线图案相关联的振幅是相同的并且是时间函数。例如，可使用以下方程(方程1)来产生图案。如所描述，振幅随时间(t)增大，直到达到最大值，此时振幅减小。
(方程1)
x(t)＝r(t)·cos(k·t)；并且
y(t)＝r(t)·sin(k·t)，其中：
r(t)＝kr·t对于0＜t＜trmax并且r(t)＝rmax-kr·t对于trmax＜t＜trzero
其中trmax是达到最大半径(r(t))的时间，并且trzero是半径(r(t))返回到零的时间。k和kr是常数。图9示出了在沿着表面的两个正交维度中的至少一个维度上使用正弦曲线图案产生的振荡路径的又一示例。例如，振荡路径可在y维度上具有正弦曲线图案。周期性参数可被定义来提供跨表面的振荡次数。正弦曲线图案的振幅α是常数，并且ky是常数。
(方程2)y(t)＝α·sin(ky·t)
第二维度(诸如x维度)可使用线性图案或使用正弦曲线图案(诸如余弦图案)来定义。在示例中，x维度被定义为线性函数，该线性函数随时间增加直到到达端点或全宽度，此时，图案使用相同速率的常数(kx)来反转方向。
(方程3)x(t)＝kx·t对于0＜t＜txmax并且x(t)＝xmax-kx·t对于txmax＜t＜txzero
其中txmax是x(t)达到最大宽度的时间，并且txzero是x(t)返回到零的时间。
替代地，可使用具有与第一正交维度的正弦图案不同的周期性的正弦曲线图案(诸如余弦图案)来定义第二维度。在所示的示例中，正弦图案的周期性参数是第二正交维度的余弦图案的周期性参数的14倍。因此，对于x维度上跨宽度的每次振荡，振荡路径在y维度上的边界之间振荡七次。
(方程4)x(t)＝β·cos(kx·t)，其中
Figure BDA0004116818530000131
例如,i＝14)
其中β是常数，并且kx是常数。
虽然图8和图9示出了振幅为常数或者时间函数的振荡路径，但是，可替代地使用至少一个维度的振幅是位置函数的图案来定义振荡路径。
图10示出了展示用于确定具有随位置变化的振幅的正弦曲线图案的方法1000的方框流程图。例如，如方框1002处所示，当选择测试区域时，该系统可确定中心线。例如，可沿着正交维度中的一个维度(例如像x维度)来定义中心线。特别地，可在沿着x维度的最大宽度处选择中心线。
如方框1004处所示，该系统测量中心线的宽度。基于中心线的宽度、跨表面的期望的振荡次数和样本点的期望数量，该系统可确定一个或两个正交维度的正弦曲线图案的周期性参数，如方框1006处所示。在示例中，周期性参数的比率是偶数整数。替代地，周期性参数的比率是奇数整数。
一旦确定了周期性参数，就已知了至少一个正交维度的正弦曲线图案的周期中的每个峰的位置。例如，如果正弦函数或图案被分配给y维度，则基于x维度上的线性图案或正弦曲线图案，可确定y维度上的正弦曲线图案的峰的x维度位置。
如方框1008处所示，可确定在y维度上的正弦曲线图案的每个峰的x位置处的从测试区域的中心线到边缘的距离。在方框1010处，可基于每个峰处距中心线的测量距离而确定y维度上的正弦曲线图案的振幅参数。例如，每当y维度的正弦曲线图案穿过中心线时，该系统可将新的振幅参数分配给y维度上的正弦曲线图案。
一旦确定了振荡路径，该系统就可确定沿着振荡路径的等距点，如方框1012处所示。此类等距点可为样本点。
例如，图11和图12示出了跨圆形测试区域的示例振荡路径。在所示的示例中，振荡路径在y维度上具有正弦曲线图案，诸如正弦图案。在又一示例中，图案可包括在x维度上的正弦曲线图案，诸如余弦图案。在y维度上的正弦曲线图案的周期性参数是在x维度上的正弦曲线图案的周期性参数的14倍。在x维度上的余弦图案的振幅是恒定的。但是，在y维度上的正弦图案的振幅是位置函数。例如，每当振荡路径穿过中心线时，可基于到外边缘的距离而改变y维度上的正弦函数的振幅α。
(方程5)
x(t)＝β·cos(kx·t)；并且
y(t)＝α(x)·sin(ky·t)，
其中
Figure BDA0004116818530000141
(例如,i＝14)。
其中kx、ky和β是常数。
例如，如图12所示，该系统可确定在x维度上具有宽度W的中心线。可选择x维度上的余弦图案的振幅，使得该图案在每个周期中都横越整个宽度。可选择与y维度相关联的正弦图案的周期性，使得正弦图案的周期性与余弦图案的周期性参数的比率是整数，诸如14。
基于在x维度上延伸的已知余弦图案，y维度上的正弦图案的每个峰的x位置是已知的。该系统然后可确定在正弦图案的峰处的从中心线到边缘的距离，并且基于从中心线到边缘的距离而确定正弦图案的振幅。例如，每当正弦图案向下穿过中心线时，可确定到边缘的距离，并且基于距离H’而确定正弦图案的振幅。类似地，当正弦图案向上穿过中心线时，可确定距离H，并且基于距离H而确定正弦图案的振幅。
图13和图14包括将这种方法应用于不规则测试区域的另外的图示。可确定中心线和中心线的宽度W。基于所确定的中心线，可确定与x维度相关联的图案。在示例中，图案可为线性的(例如，方程3)。在另一个示例中，图案可为正弦曲线的，诸如余弦图案(例如，方程4)。
基于在x维度上的余弦图案的每个周期期间跨表面的期望的振荡次数，可确定在y维度上的正弦曲线图案的周期性参数。在所示的示例中，在y维度上的周期性参数相对于在x维度上的周期性参数的比率为11。在y维度上的正弦曲线图案的振幅可为位置函数(例如，方程5)。例如，对于每个峰，可确定距中心线的距离H或H'。振幅可基于中心线朝向y维度上的正弦曲线图案的给定峰的交叉点而设定。因此，可从边缘到边缘横越不规则图案，从而提供样本分布。
对于每个振荡路径，该系统可确定沿着该路径的等距样本点，以使用表面的激光烧蚀进行测试。例如，如图15所示，振荡路径可包括等距样本点。可基于如1504处所示的线性距离(例如，方程6)而确定等距样本点。替代地，可基于如1506处所示的沿着振荡路径的曲线距离(例如，方程7)而确定该距离。
(方程6)
Figure BDA0004116818530000151
(方程7)
Figure BDA0004116818530000152
当激光脉冲被引导到表面以产生等离子体时，引导激光的镜可为静止的。当激光被重定向时，可中止激光脉冲。例如，如图16所示，在烧蚀点的位置静止于沿着振荡路径的样本点处的时段(P)期间激活激光器。一旦脉冲已经停止，该系统就可对激光重定向，从而在时段(M)期间移动烧蚀点。当被视为位置随时间变化时，时段(M)期间的移动可具有S形状。S形移动的一阶导数提供具有三角形形状的速度，并且二阶导数提供被描绘为方波的加速度。因此，沿着路径设置有等距样本点的振荡路径提供了在系统静止下来测试沿着振荡路径的某一点的位置和时段之间的快速移动。
例如，如图17所示，在一个或多个脉冲被引导在样本表面处的时段(P)之后是在时段(M)期间的快速移动以将激光的烧蚀点重定向到下一个样本点。因此，基于沿着路径的点的定位，可定义每个点之间的运动学性质，其中在一个周期中，镜在长到足以允许激光器对样本表面上的同一点产生多个脉冲的一段时间期间保持静止。这一段时间通常为毫秒级。这种静止定位提供了稳定且可再现的等离子体，从而提高了分析性能。在运动学移动的第二部分或周期期间，使用s形轮廓(随时间变化的位移)使烧蚀点移动到下一个样本点。这种轮廓提供了点之间的期望的速度以及确保平稳的镜动态的加速度分布。通过利用具有等距样本点的正弦曲线图案和具有s形轮廓的运动学性质两者，提供了具有低扫描误差和期望的分析性能的系统。此外，可以大约千赫兹或更大的期望的速率重复该分析。
在第一实施方案中，一种用于组成分析的方法包括：提供具有表面的样本；以及用控制器确定沿循沿着该表面的振荡路径的多个等距位置。振荡路径在大致平行于该表面的平面内的至少一个正交维度上是正弦形的。对于多个等距位置中的每个等距位置，该方法包括：使烧蚀点沿着振荡路径移动到每个等距位置；使能量源发送脉冲以提供电磁能量束来烧蚀该烧蚀点处的材料；以及响应于使能量源发送脉冲而用光谱仪器收集发射光谱。该方法还包括分析发射光谱以确定表面处的组成。
在第一实施方案的示例中，移动烧蚀点包括使用平移板移动样本。
在第一实施方案的另一个示例和上述示例中，移动烧蚀点包括对镜进行定位。
在第一实施方案的又一示例和上述示例中，多个等距位置沿着振荡路径线性地等距。
在第一实施方案的附加示例和上述示例中，多个等距位置沿着振荡路径曲线地等距。
在第一实施方案的另一个示例和上述示例中，在平面内的另一个正交维度上，振荡路径与时间成比例地变化。
在第一实施方案的又一示例和上述示例中，在平面内的另一个正交维度上，振荡路径是正弦形的。例如，振荡路径是连续可微分的。在另一个示例中，在平面内的至少一个正交维度上，振荡路径随着时间的正弦或余弦函数中的一个函数变化，而在平面内的另一个正交维度上，振荡路径随着时间的正弦或余弦函数中的另一个函数变化。在又一示例中，在平面内的至少一个正交维度上，振荡路径以第一周期性变化，而在平面内的另一个正交维度上，振荡路径以第二周期性变化，其中第一周期性是第二周期性的整数倍。例如，该整数倍在1至100的范围内，诸如在2至20的范围内。在附加示例中，整数倍为1并且振荡路径在至少一个维度和另一个维度上的振幅都与时间成比例。在另一个示例中，振荡路径在至少一个维度上的振幅是另一个正交维度上的位置的函数。
在第一实施方案的附加示例和上述示例中，分析发射光谱包括将多个等距位置中的每个等距位置的组成平均化。
在第一实施方案的另一个示例和上述示例中，该方法还包括在样本的表面上选择测试区域，振荡路径在测试区域内。例如，该方法还包括确定测试区域的中心线并且确定中心线的宽度，该中心线在平面内的另一个正交维度上延伸。在示例中，该方法还包括用控制器确定在正弦曲线振荡的峰处在至少一个正交维度上从测试区域的中心线到边缘的距离，并且基于该距离而调整正弦曲线振荡的振幅。
在第二实施方案中，一种用于激光诱导击穿光谱的系统包括：台，该台用于接收样本；激光源，该激光源用于提供激光束；和镜系统，该镜系统用于将激光束引导到样本的表面。激光束烧蚀样本在烧蚀点处的一部分，并且引发等离子体，该等离子体发出发射光谱。该系统还包括用于接收光谱的光谱仪器以及与镜系统通信的控制器。控制器确定沿循沿着表面的振荡路径的多个等距位置。振荡路径在大致平行于该表面的平面内的至少一个正交维度上是正弦形的。控制器控制镜系统以使烧蚀点沿着振荡路径移动到每个等距位置。
在第二实施方案的示例中，控制器与激光源通信，控制器引导激光器以脉冲发送激光束。
在第二实施方案的另一个示例和上述示例中，控制器与光谱仪通信，控制器引导光谱仪收集发射光谱。例如，控制器分析发射光谱以确定表面处的组成。
在第二实施方案的又一示例和上述示例中，该系统还包括在镜系统之前的激光束的路径中的扩束器。
在第二实施方案的附加示例和上述示例中，该系统还包括在镜系统之后的激光束的路径中的F-θ透镜。
在第二实施方案的另一个示例和上述示例中，多个等距位置沿着振荡路径线性地等距。
在第二实施方案的又一示例和上述示例中，多个等距位置沿着振荡路径曲线地等距。
在第二实施方案的附加示例和上述示例中，在平面内的另一个正交维度上，振荡路径与时间成比例地变化。
在第二实施方案的另一个示例和上述示例中，在平面内的另一个正交维度上，振荡路径是正弦形的。例如，振荡路径是连续可微分的。在另一个示例中，在平面内的至少一个正交维度上，振荡路径随着时间的正弦或余弦函数中的一个函数变化，而在平面内的另一个正交维度上，振荡路径随着时间的正弦或余弦函数中的另一个函数变化。在又一示例中，在平面内的至少一个正交维度上，振荡路径以第一周期性变化，而在平面内的另一个正交维度上，该振荡路径以第二周期性变化，其中第一周期性是第二周期性的整数倍。例如，该整数倍在1至100的范围内，诸如在2至20的范围内。在示例中，整数倍为1并且振荡路径在至少一个维度和另一个维度上的振幅都与时间成比例。在附加示例中，振荡路径在至少一个维度上的振幅是另一个正交维度上的位置的函数。
在第二实施方案的又一示例和上述示例中，控制器通过将多个等距位置中的每个等距位置的组成平均化来分析发射光谱。
在第二实施方案的附加示例和上述示例中，控制器在样本的表面上选择测试区域，振荡路径在测试区域内。例如，控制器确定测试区域的中心线并且确定中心线的宽度，该中心线在平面内的另一个正交维度上延伸。在示例中，控制器确定在正弦曲线振荡的峰处在至少一个正交维度上从测试区域的中心线到边缘的距离，并且基于该距离而调整正弦曲线振荡的振幅。
在第三实施方案中，一种用于组成分析的方法包括：提供具有表面的样本；以及用控制器确定沿循沿着该表面的振荡路径的多个位置。振荡路径在大致平行于该表面的平面内的两个正交维度上是正弦形的。振荡路径在两个正交维度上随时间变化。对于多个位置中的每个位置，该方法包括：使烧蚀点沿着振荡路径移动到每个位置；使能量源发送脉冲以提供电磁能量束来烧蚀该烧蚀点处的材料；以及响应于使能量源发送脉冲而用光谱仪器收集发射光谱。该方法还包括分析发射光谱以确定表面处的组成。
在第三实施方案的示例中，多个位置是沿着振荡路径顺序地设置的多个等距位置。
在第三实施方案的另一个示例和上述示例中，多个等距位置沿着振荡路径线性地等距。
在第三实施方案的又一示例和上述示例中，多个等距位置沿着振荡路径曲线地等距。
在第三实施方案的附加示例和上述示例中，振荡路径是连续可微分的。
在第三实施方案的另一个示例和上述示例中，在平面内的两个正交维度中的一个正交维度上，振荡路径随着时间的正弦或余弦函数中的一个函数变化，而在平面内的两个正交维度中的另一个正交维度上，振荡路径随着时间的正弦或余弦函数中的另一个函数变化。
在第三实施方案的又一示例和上述示例中，在平面内的两个正交维度中的一个正交维度上，振荡路径以第一周期性变化，而在平面内的两个正交维度中的另一个正交维度上，振荡路径以第二周期性变化，其中第一周期性是第二周期性的整数倍。例如，该整数倍在1至100的范围内，诸如在2至20的范围内。在附加示例中，整数倍为1并且振荡路径在至少一个维度和另一个维度上的振幅都与时间成比例。在又一示例中，振荡路径在至少一个维度上的振幅是另一个正交维度上的位置的函数。
在第三实施方案的附加示例和上述示例中，分析发射光谱包括将多个等距位置中的每个等距位置的组成平均化。
在第三实施方案的另一个示例和上述示例中，该方法包括在样本的表面上选择测试区域，振荡路径在测试区域内。例如，该方法还包括确定测试区域的中心线并且确定中心线的宽度，该中心线在平面内的另一个正交维度上延伸。在示例中，该方法还包括用控制器确定在正弦曲线振荡的峰处在至少一个正交维度上从测试区域的中心线到边缘的距离，并且基于该距离而调整正弦曲线振荡的振幅。
在第四实施方案中，一种用于激光诱导击穿光谱的系统包括：台，该台用于接收样本；激光源，该激光源用于提供激光束；和镜系统，该镜系统用于将激光束引导到样本的表面。激光束烧蚀样本在烧蚀点处的一部分，并且引发等离子体，该等离子体发出发射光谱。该系统还包括用于接收光谱的光谱仪器以及与镜系统通信的控制器。控制器确定沿循沿着表面的振荡路径的多个位置。振荡路径在大致平行于该表面的平面内的两个正交维度上是正弦形的。振荡路径在两个正交维度上随时间变化。控制器控制镜系统以使烧蚀点沿着振荡路径移动到每个位置。
在第四实施方案的示例中，控制器与激光源通信，控制器引导激光器以脉冲发送激光束。
在第四实施方案的又一个示例和上述示例中，控制器与光谱仪通信，控制器引导光谱仪收集发射光谱。例如，控制器分析发射光谱以确定表面处的组成。
在第四实施方案的又一示例和上述示例中，该系统还包括在镜系统之前的激光束的路径中的扩束器。
在第四实施方案的附加示例和上述示例中，该系统还包括在镜系统之后的激光束的路径中的F-θ透镜。
在第四实施方案的另一个示例和上述示例中，多个位置是沿着振荡路径顺序地设置的多个等距位置。例如，多个等距位置沿着振荡路径线性地等距。在另一个示例中，多个等距位置沿着振荡路径曲线地等距。
在第四实施方案的另一个示例和上述示例中，振荡路径是连续可微分的。
在第四实施方案的附加示例和上述示例中，在平面内的两个正交维度中的一个正交维度上，振荡路径随着时间的正弦或余弦函数中的一个函数变化，而在平面内的两个正交维度中的另一个正交维度上，振荡路径随着时间的正弦或余弦函数中的另一个函数变化。
在第四实施方案的另一个示例和上述示例中，在平面内的两个正交维度中的一个正交维度上，振荡路径以第一周期性变化，而在平面内的两个正交维度中的另一个正交维度上，振荡路径以第二周期性变化，其中第一周期性是第二周期性的整数倍。例如，该整数倍在1至100的范围内，诸如在2至20的范围内。在另一个示例中，整数倍为1并且振荡路径在至少一个维度和另一个维度上的振幅都与时间成比例。在又一示例中，振荡路径在至少一个维度上的振幅是另一个正交维度上的位置的函数。
在第四实施方案的又一示例和上述示例中，控制器通过将多个等距位置中的每个等距位置的组成平均化来分析发射光谱。
在第四实施方案的附加示例和上述示例中，控制器在样本的表面上选择测试区域，振荡路径在测试区域内。例如，控制器确定测试区域的中心线并且确定中心线的宽度，该中心线在平面内的另一个正交维度上延伸。在示例中，控制器确定在正弦曲线振荡的峰处在至少一个正交维度上从测试区域的中心线到边缘的距离，并且基于该距离而调整正弦曲线振荡的振幅。
应注意，以上在一般描述或示例中描述的所有活动并非都是必需的，特定活动的一部分可能不是必需的，并且除了所描述的那些之外还可执行一种或多种另外的活动。更进一步地，列出活动的顺序不一定是执行这些活动的顺序。
在前述说明书中，已经参考具体实施方案描述了概念。然而，本领域的普通技术人员应当了解，在不脱离本发明的如所附权利要求中所阐述的范围的情况下，可进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被视为具有说明性而非限制性意义，并且所有此类修改意图被包括在本发明的范围内。
如本文所用，术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”或其任何其他变型意图覆盖非排他性的包含。例如，包括一系列特征的工艺、方法、制品或设备不一定仅限于那些特征，而是可包括未明确列出或此类工艺、方法、制品或设备所固有的其他特征。此外，除非明确相反地说明，否则“或”是指包含性的或而不是指排他性的或。例如，以下任一项都满足条件A或B：A为真(或存在)而B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；以及A和B均为真(或存在)。
另外，“一”或“一个”的使用被用来描述本文所述的元件和部件。这样做仅仅是为了方便并且给出本发明范围的一般含义。这种描述应被理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非它明显另有所指。
上文已经相对于特定实施方案描述了益处、其他优点以及问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案显现或变得更显著的任何特征不应被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征。
在阅读说明书之后，技术人员应当了解，本文为清楚起见而在单独的实施方案的上下文中描述的某些特征也可组合地提供在单个实施方案中。相反，为简洁起见而在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可单独地或以任何子组合提供。此外，提及范围中所述的值包括该范围内的每个值。

Claims (25)

1.一种用于组成分析的方法，所述方法包括：
提供具有表面的样本；
用控制器确定沿循沿着所述表面的振荡路径的多个等距位置，所述振荡路径在大致平行于所述表面的平面内的至少一个正交维度上是正弦形的；
对于所述多个等距位置中的每个等距位置：
使烧蚀点沿着所述振荡路径移动到所述每个等距位置；
使能量源发送脉冲以提供电磁能量束来烧蚀所述烧蚀点处的材料；以及
响应于使所述能量源发送脉冲而用光谱仪器收集发射光谱；以及
分析所述发射光谱以确定所述表面处的组成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中移动所述烧蚀点包括使用平移板移动所述样本。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中移动所述烧蚀点包括对镜进行定位。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述多个等距位置沿着所述振荡路径线性地等距。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述多个等距位置沿着所述振荡路径曲线地等距。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在所述平面内的另一个正交维度上，所述振荡路径与时间成比例地变化。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在所述平面内的另一个正交维度上，所述振荡路径是正弦形的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述振荡路径是连续可微分的。
9.根据权利要求7所述的方法，其中在所述平面内的所述至少一个正交维度上，所述振荡路径随着时间的正弦或余弦函数中的一个函数变化，而在所述平面内的所述另一个正交维度上，所述振荡路径随着时间的所述正弦或余弦函数中的另一个函数变化。
10.根据权利要求7所述的方法，其中在所述平面内的所述至少一个正交维度上，所述振荡路径以第一周期性变化，而在所述平面内的所述另一个正交维度上，所述振荡路径以第二周期性变化，其中所述第一周期性是所述第二周期性的整数倍。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述整数倍在1至100的范围内。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述整数倍在2至20的范围内。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述整数倍为1并且所述振荡路径在所述至少一个维度和所述另一个维度上的振幅都与时间成比例。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述振荡路径在所述至少一个维度上的振幅是所述另一个正交维度上的位置的函数。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中分析所述发射光谱包括将所述多个等距位置中的每个等距位置的组成平均化。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述样本的所述表面上选择测试区域，所述振荡路径在所述测试区域内。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括确定所述测试区域的中心线并且确定所述中心线的宽度，所述中心线在所述平面内的另一个正交维度上延伸。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括用所述控制器：
确定在正弦曲线振荡的峰处在所述至少一个正交维度上从所述测试区域的所述中心线到边缘的距离；以及
基于所述距离而调整所述正弦曲线振荡的振幅。
19.一种用于激光诱导击穿光谱的系统，所述系统包括:
台，所述台用于接收样本；
激光源，所述激光源用于提供激光束；
镜系统，所述镜系统用于将所述激光束引导到所述样本的表面，所述激光束烧蚀所述样本在烧蚀点处的一部分并且引发等离子体，所述等离子体发出发射光谱；
光谱仪器，所述光谱仪器用于接收所述光谱；和
控制器，所述控制器与所述镜系统通信，所述控制器确定沿循沿着所述表面的振荡路径的多个等距位置，所述振荡路径在大致平行于所述表面的平面内的至少一个正交维度上是正弦形的，所述控制器控制所述镜系统以使所述烧蚀点沿着所述振荡路径移动到每个等距位置。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器与所述激光源通信，所述控制器引导激光器以脉冲发送所述激光束。
21.根据权利要求19或权利要求20所述的系统，其中所述控制器与光谱仪通信，所述控制器引导所述光谱仪收集所述发射光谱。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述控制器分析所述发射光谱以确定所述表面处的组成。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的系统，所述系统还包括在所述镜系统之后的所述激光束的路径中的F-θ透镜。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的系统，其中所述多个等距位置沿着所述振荡路径线性地等距。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的系统，其中所述多个等距位置沿着所述振荡路径曲线地等距。
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