CN206920344U - 一种双脉冲激发磁场空间双重约束增强等离子体的光谱检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双脉冲激发磁场空间双重约束增强等离子体的光谱检测装置，包括激光光源和样品台，所述样品台侧面设有用于在样品台周围形成磁场约束的磁性件；并设有覆盖样品台且透明的空间约束罩，该约束罩的内壁附有磁镜。本实用新型采用双脉冲激发、空间约束与磁场约束的三重作用，能够大大增强等离子体的光谱信号强度，具有密闭的检测环境，能够有效去除空气中其他元素对检测结果的干扰，提高检测精度。

Description

一种双脉冲激发磁场空间双重约束增强等离子体的光谱检测 装置

技术领域

本实用新型涉及激光诱导击穿光谱技术，特别涉及一种双脉冲激发磁场空间双重约束增强等离子体的光谱检测装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是一种将高能激光脉冲聚焦在样品表面，激发样品表面产生等离子体的原子发射光谱的分析方法。由于该技术不需对样品进行复杂的预处理且能够实现无损检测，已成为目前快速检测物质成分的重要技术手段，在定性识别材料，定量分析物质成分等方面具有重要的应用。

与其他的光谱检测手段相比，LIBS技术具有样本无需预处理、检测速度快、检测元素多、能够实现远距离在线检测等优点，但目前仍存在检测灵敏度低、检测限高的技术瓶颈，限制了LIBS技术的进一步发展。如何增强LIBS信号的强度，提高LIBS探测技术的精确度和灵敏度是将LIBS技术向实用化方向推进的前提。目前的研究主要还局限于增加激光脉冲的个数，采用双脉冲或多脉冲的激发方式来增强光谱信号的强度，与单脉冲激发方式相比具有较好的效果但仍有进一步改进的空间。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种利用双脉冲激发和磁场空间双重约束的方式增强等离子体的光谱检测装置。

在本实用新型中，将从三个方面对等离子体的光谱信号进行增强：1.利用半球形腔构造对等离子体的空间约束，增强了等离子体的碰撞几率与碰撞强度；2.利用两个长直通电螺线管和半球形腔内壁磁镜的共同作用构造对等离子体的磁场约束，大大降低等离子体向外界的扩散速度；3.利用正交型双脉冲激发的方式，对预烧灼的等离子体进行二次激发，增强等离子体的原子光谱谱线强度。上述三个方面共同作用使等离子体的光谱信号大大增强，所述系统的检测限度与灵敏度也得以提升。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种双脉冲激发磁场空间双重约束增强等离子体的光谱检测装置，包括激光光源和样品台，所述样品台侧面设有用于在样品台周围形成磁场约束的磁性件；

并设有覆盖样品台且透明的空间约束罩，该约束罩的内壁附有磁镜。

本实用新型中，设有磁场约束和空间约束双重约束的样品台，其中磁性件为布置的样品台两两侧的通电螺线管，连接电压220V，频率50Hz的交流电，在样品台周围形成磁场约束；同时，样品台上罩有半密闭的半球形腔，腔内壁上附有磁镜，仅两束脉冲激光能够通过半球形腔烧灼激发样品产生等离子体，等离子体在半球形腔和磁镜的双重约束下，一部分等离子体向外扩散时经半球形腔反射，等离子体之间碰撞的强度增加，发光强度也随之增强，同时向外扩散的速度也由于空间和磁场的双重约束而大大减低，从而释放出更强的原子发射光谱信息。

作为优选的，所述的激光光源为两台Nd:YAG脉冲激光器倍频输出，其中一台Nd:YAG脉冲激光器发出的第一束预烧蚀激光脉冲波长为532nm，另一台Nd:YAG脉冲激光器发出的第二束激光脉冲波长为1064nm，其中，第一束预烧蚀激光脉冲采用经反光镜反射后垂直透镜聚焦方式，第二束激光脉冲采用直线透镜聚焦方式。

进一步的，两束脉冲以正交型汇聚到样品表面，能量分别为50mJ和100mJ，第一束激光脉冲对样品进行预烧蚀后，第二束激光脉冲沿与样品表面平行的方向聚焦到第一束激光脉冲所激发的等离子体上对其再次激发增强。

本实用新型中，检测装置的实验环境为1个标准大气压，实验击穿环境为空气，激光光源为两台Nd:YAG脉冲激光器倍频输出，激光器的重复频率为10Hz。

作为优选的，利用数字脉冲延时发生器同步控制两台Nd:YAG脉冲激光器的工作以及两脉冲之间的时序，两束激光脉冲之间的时间间隔为9μs。

作为优选的，设置由所述Nd:YAG脉冲激光器的调Q信号同步触发并进行信号采集的ICCD探测器，ICCD探测器能够将光敏元件上的光谱信息转换成相应比例的电荷量。

作为优选的，还设有控制样品台进行平滑移动的位移控制台。位移控制台与样品圆台相连，为了避免激光束对样品表面造成同一部位的严重烧灼，位移控制台能够控制样品圆台的平滑移动，使激光脉冲烧灼在样品表面的不同位置上，对样品中表面不同区域的发射谱取平均值，能在一定程度上减少样品含量测量的误差。

本实用新型具有的有益效果是：

1)采用双脉冲激发、空间约束与磁场约束的三重作用，能够大大增强等离子体的光谱信号强度；

2)检测过程中由样品台上的半球形腔提供相对密闭的检测环境，能够有效去除空气中其他元素对检测结果的干扰，提高检测精度；

3)装置可自由拆卸、组装，具有较大的灵活性。

附图说明

图1为双脉冲激发磁场空间双重约束增强等离子体的光谱检测装置图；

图2为所述检测系统的样品台。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来详细说明本实用新型，但本实用新型并不仅限于此。

如图1所示的双脉冲激发磁场空间双重约束增强等离子体的光谱检测装置，包括：ICCD检测器1，中阶梯光栅光谱仪2，计算机3，信号收集器4，样品台5，反光镜6，聚焦透镜7，Nd:YAG激光器8，数字延时脉冲发生器9和位移控制台10。

如图2所示，设有磁场约束和空间约束双重约束的样品台，包括长直通电螺线管51，内壁附有磁镜的半球形腔52，第一束激光脉冲53，待测样品54，样品圆台55，第二束激光脉冲56。

本实施例中的双脉冲激发磁场空间双重约束增强等离子体的光谱检测装置，具体操作步骤如下：

第一步，将长直通电螺线管51接通电压220V，频率50Hz的交流电源，在样品台上方产生交变磁场，半球形腔自身阻碍了等离子体向外界扩散，同时其内壁上的磁镜使交变磁场对等离子体的约束力进一步提升。

第二步，由Nd:YAG激光器8发射的第一束激光脉冲53经反射镜6和透镜7后聚焦在样品表面并对样品进行预烧蚀，第二束激光脉冲56沿与样品表面平行的方向经透镜聚焦后对等离子体进行二次激发，数字脉冲延时发生器9同步控制两台激光器的工作以及两脉冲之间的时序，两束激光脉冲之间的时间间隔为9μs。

第三步，位移控制台10与样品圆台55相连，为了避免激光束对样品表面造成同一部位的严重烧灼，位移控制台10能够控制样品圆台的平滑移动，使激光脉冲烧灼在样品表面的不同位置上，对样品中表面不同区域的发射谱取平均值，能在一定程度上减少样品含量测量的误差。

第四步，等离子体所产生的光谱信号由信号收集器4收集，经光纤传输至配有ICCD检测器的中阶梯光栅光谱仪，利用计算机根据现有模型库对采集的光谱信息进行存储和分析。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施举例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双脉冲激发磁场空间双重约束增强等离子体的光谱检测装置，包括激光光源和样品台，其特征在于，所述样品台侧面设有用于在样品台周围形成磁场约束的磁性件；

并设有覆盖样品台且透明的空间约束罩，该约束罩的内壁附有磁镜。

2.如权利要求1所述的光谱检测装置，其特征在于，所述的激光光源为两台Nd:YAG脉冲激光器倍频输出，其中一台Nd:YAG脉冲激光器发出的第一束预烧蚀激光脉冲波长为532nm，另一台Nd:YAG脉冲激光器发出的第二束激光脉冲波长为1064nm，两束脉冲以正交型汇聚到样品表面。

3.如权利要求2所述的光谱检测装置，其特征在于，利用数字脉冲延时发生器同步控制两台Nd:YAG脉冲激光器的工作以及两脉冲之间的时序，两束激光脉冲之间的时间间隔为9μs。

4.如权利要求3所述的光谱检测装置，其特征在于，设置由所述Nd:YAG脉冲激光器的调Q信号同步触发并进行信号采集的ICCD探测器。

5.如权利要求1所述的光谱检测装置，其特征在于，所述的磁性件为布置的样品台两两侧的通电螺线管。

6.如权利要求1所述的光谱检测装置，其特征在于，还设有控制样品台进行平滑移动的位移控制台。