一种多模式激光诱导击穿光谱装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种多模式激光诱导击穿光谱装置，具有共线、再加热、预烧蚀三种工作模式；共线工作模式中：双脉冲固体激光器的光路上设有光路爬高系统，用于升高1064nm/532nm同轴输出激光的光路，使得激光由样品台正上方聚焦到样品表面，产生等离子体；再加热和预烧蚀工作模式中：双脉冲固体激光器的第一激光进入光路爬高系统，用于升高第一激光的光路，使得第一激光由样品台正上方聚焦到样品表面，产生等离子体；延时发生器控制第一激光和第二激光的触发时序；双脉冲固体激光器的第二激光直接聚焦至等离子体；还包括信号采集和处理系统，根据等离子体冷却发出的特征谱线和第一激光击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及激光光谱
，特别涉及一种多模式激光诱导击穿光谱装置。
技术介绍
LIBS是Laser-Induced Breakdown Spectroscopy(激光诱导击穿光谱仪)的简称，该技术利用脉冲激光产生的等离子体烧蚀并激发样品(通常为固体)中的物质，并通过光谱仪获取被激发等离子体原子所发射的光谱，以此来识别样品中的元素组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。该技术无需对样品进行预处理，能够快速实现远程、微损对样品元素(尤其是金属元素)进行检测，可用于固体、气体、液体样品的检测。激光诱导击穿光谱的应用领域也十分广泛，如生物医学、考古学、环境监测、水中重金属检测以及爆炸物探测等。比起单脉冲激光诱导击穿光谱，双脉冲激光诱导击穿光谱能够大大增强信号，提高元素的检出限。双脉冲激光诱导击穿光谱的工作模式可分为共线式和垂直式。垂直式又可分为预烧蚀模式(pre-ablative)和再加热模式(re-heating)。这三种方式各有各的优点。然而，国内外尚无相关专利在同一装置上实现激光诱导击穿光谱的三种工作模式。一般来说，这三种工作模式的实现需要两套系统。如专利申请CN101620183B和专利申请CN102788772B分别用双脉冲激光器和两个激光器实现了共线和非共线的工作模式。也有专利利用光路以一台激光器实现某一种工作方式，但是其效果均达不到LIBS技术的使用要求。如专利申请CN103323435A的双脉冲散焦预烧蚀的激光诱导光谱探测系统利用2路光路实现了LIBS共线双脉冲工作模式，但是其第一束激光和第二束激光的时序无法控制，无法获得最佳的谱线。而专利申请CN103529000A中所述的激光诱导击穿光谱测量装置虽然利用单个激光器2路光路实现垂直工作模式，但是利用光快门的控制时间一般是毫秒级的，无法实现LIBS微秒级的控制要求。
技术实现思路
为实现在同一装置上实现激光诱导击穿光谱三种工作模式的集成，本技术公开了一种多模式激光诱导击穿光谱装置，降低系统搭建成本，具有调节简单，可调参数多等优点。本技术的具体技术方案如下：一种多模式激光诱导击穿光谱装置，其特征在于，包括双脉冲固体激光器、样品台和用于控制双脉冲固体激光器触发时序的延时发生器；双脉冲固体激光器具有1064nm同轴输出、532nm同轴输出、1064nm异轴输出和1064nm、532nm异轴输出四种输出方式；所述的多模式激光诱导击穿光谱装置具有共线、再加热、预烧蚀三种工作模式；所述的共线工作模式中：所述双脉冲固体激光器的光路上设有光路爬高系统，该光路爬高系统用于升高1064nm/532nm同轴输出激光的光路，使得激光由样品台正上方聚焦到样品表面，产生等离子体；所述的再加热和预烧蚀工作模式中：所述双脉冲固体激光器的第一激光进入所述的光路爬高系统，该光路爬高系统用于升高第一激光的光路，使得第一激光由样品台正上方聚焦到样品表面，产生等离子体；所述的延时发生器控制第一激光和第二激光的触发时序；所述双脉冲固体激光器的第二激光直接聚焦至等离子体；还包括信号采集和处理系统，根据等离子体冷却发出的特征谱线和第一激光击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。本技术采用一种双脉冲固体激光器(镭宝公司，Vlite200)和后续光路系统的搭建实现了激光诱导击穿光谱3种工作模式，以及多种工作波长的切换。具有预烧蚀、再加热和共线三种模式方式，其中共线模式有2个工作波长(532nm和1064nm)，预烧蚀和再加热也有2个工作波长(2路均为1064nm，以及一路1064nm，另一路532nm)。所述的双脉冲固体激光器的光轴上还布置有能量衰减器和用于实时检测记录激光能量的激光能量实时监测系统；所述的第一激光经激光能量实时监测系统出射后进入光路爬高系统；所述的第二激光经激光能量实时监测系统出射后聚焦至等离子体。激光能量实时检测系统主要用于实时检测记录激光的能量，用于后序数据分析。当应用激光诱导击穿光谱进行检测时，待检测样本性质不同，其所需的激光能量也不同。为实现如植物叶片、动物组织等脆弱样本的检测或减小激光对样品的损伤，通常需要对激光的能量进行衰减。然而，通过调节激光器电压对能量进行衰减会导致激光能量不稳定，进而影响检测结果。本技术采用能量衰减器对激光能量进行衰减，其衰减范围为1％～99％。激光能量实时检测系统主要用于实时检测记录激光的能量，用于判断激光器能量的波动是否出现异常，并进行后序数据分析。当后续进行数据分析时，可根据能量变化，对获得的谱线强度进行补偿。其中，所述的信号采集和处理系统包括：光纤收集系统，用于收集等离子体冷却发出的特征谱线；分光系统，用于对特征谱线进行分光；ICCD探测器，用于将分光系统的光信号转换为电信号；样本表面成像系统，用于监控第一激光击打样品位置，得到采样点的空间信息；计算机，根据所述的电信号和采样点的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。优选的，所述的分光系统为中阶梯光栅光谱仪。中阶梯光栅光谱仪是以中阶梯光栅作为色散元件的光谱仪，无需光栅扫描即可一次性得到全谱数据，能避免普通光谱仪多通道首尾段拼接问题。中阶梯光栅光谱仪内部无机械部分，稳定性更高，分辨率能达到0.08nm，能满足谱线分光要求。其中，所述的样本表面成像系统包括：用于从正方向照明样品的照明LED光源，位于照明LED光源光轴上的分束镜，CCD相机和成像镜头，用于采集分束镜反射的样品表面图像信息。优选的，所述的光路爬高系统由第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜组成，所述第二反射镜位于第一反射镜的正上方，第三反射镜位于样品台的正上方；所述的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为Nd：YAG双频激光反射镜。光路爬高系统主要用于抬升光路，并将沿水平方向激光转化为沿垂直方向传播。应用光路爬高系统能有效避免升高激光器位置导致激光不稳定的因素。激光从样品正上方击打样品表面，有利于等离子体的有效激发，保证等离子体均匀对称分布。所述的延时发生器控制双脉冲固体激光器调Q触发时间和氙灯开启触发时间，延时发生器设置双脉冲固体激光器调Q信号的触发时间在氙灯信号触发之后150±20μs。该时序的设置能最大程度保证双脉冲固体激光器的能量稳定性。优选的，所述第一激光和第二激光聚焦用透镜安装在沿光轴滑动配合的透镜安装架上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模式激光诱导击穿光谱装置，其特征在于，包括双脉冲固体激光器、样品台和用于控制双脉冲固体激光器触发时序的延时发生器；双脉冲固体激光器具有1064nm同轴输出、532nm同轴输出、1064nm异轴输出和1064nm、532nm异轴输出四种输出方式；所述的多模式激光诱导击穿光谱装置具有共线、再加热、预烧蚀三种工作模式；所述的共线工作模式中：所述双脉冲固体激光器的光路上设有光路爬高系统，该光路爬高系统用于升高1064nm/532nm同轴输出激光的光路，使得激光由样品台正上方聚焦到样品表面，产生等离子体；所述的再加热和预烧蚀工作模式中：所述双脉冲固体激光器的第一激光进入所述的光路爬高系统，该光路爬高系统用于升高第一激光的光路，使得第一激光由样品台正上方聚焦到样品表面，产生等离子体；所述的延时发生器控制第一激光和第二激光的触发时序；所述双脉冲固体激光器的第二激光直接聚焦至等离子体；还包括信号采集和处理系统，根据等离子体冷却发出的特征谱线和第一激光击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。

【技术特征摘要】
1.一种多模式激光诱导击穿光谱装置，其特征在于，包括双脉冲固
体激光器、样品台和用于控制双脉冲固体激光器触发时序的延时发生器；
双脉冲固体激光器具有1064nm同轴输出、532nm同轴输出、1064nm异
轴输出和1064nm、532nm异轴输出四种输出方式；
所述的多模式激光诱导击穿光谱装置具有共线、再加热、预烧蚀三种
工作模式；
所述的共线工作模式中：所述双脉冲固体激光器的光路上设有光路爬
高系统，该光路爬高系统用于升高1064nm/532nm同轴输出激光的光路，
使得激光由样品台正上方聚焦到样品表面，产生等离子体；
所述的再加热和预烧蚀工作模式中：所述双脉冲固体激光器的第一激
光进入所述的光路爬高系统，该光路爬高系统用于升高第一激光的光路，
使得第一激光由样品台正上方聚焦到样品表面，产生等离子体；所述的延
时发生器控制第一激光和第二激光的触发时序；所述双脉冲固体激光器的
第二激光直接聚焦至等离子体；
还包括信号采集和处理系统，根据等离子体冷却发出的特征谱线和第
一激光击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。
2.如权利要求1所述的多模式激光诱导击穿光谱装置，其特征在于，
所述的双脉冲固体激光器的光轴上还布置有能量衰减器和用于实时检测
记录激光能量的激光能量实时监测系统；
所述的第一激光经激光能量实时监测系统出射后进入光路爬高系统；
所述的第二激光经激光能量实时监测系统出射后聚焦至等离子体。
3.如权利要求1所述的多模式激光诱导击穿光谱装置，其特征在于，
所述的信号采集和处理系统包括：
光纤收集系统，用于收集等离子体冷却发出的特征谱线；
分光系统，用于对特征谱线进行分光；
ICCD探测器，用于将分光系统的光信号转换为电信号；
样本表面成像系统，用于监控第一激光击打样品位置，得到采样点的

\t空间信息；
计算机，根据所述的电信号和采样点的空间信息，显示元...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，彭继宇，何勇，余克强，方慧，宋坤林，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33