光谱稳定性优化装置、系统和方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种光谱稳定性优化装置、系统和方法，该光谱稳定性优化装置应用于包括激光器和载物台的LIBS系统中，所述光谱稳定性优化装置包括光束整形器；所述光束整形器设置于所述激光器与所述载物台之间，且所述光束整形器与所述载物台和所述激光器共线；其中，所述光束整形器用于对由所述激光器发射的高斯光束进行整形，并使得整形后形成的均匀平顶光束入射至所述载物台上的样品靶材。本发明专利技术通过对光谱稳定性优化装置和系统的巧妙设计，能够通过调节光束整形器的状态获得稳定的等离子体，且本发明专利技术实现简单，操作方便。

Spectral stability optimization devices, systems and methods

The embodiment of the invention provides a system and method for spectral stability optimization device, the spectral stability, optimization of device used in LIBS system including laser and stage, the spectral stability optimization device comprises a beam shaper; the beam shaper is arranged between the laser and the carrier, and the beam shaper and the carrier and the laser, the collinear; beam shaper for shaping the Gauss beam by the laser emission, and the uniform plastic formed after the incident beam to the target sample on the carrier. Through the ingenious design of the spectral stability optimization device and the system, the invention can stabilize the plasma by adjusting the state of the beam shaper, and the invention is simple and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
光谱稳定性优化装置、系统和方法
本专利技术涉及光谱分析
，具体而言，涉及一种光谱稳定性优化装置、系统和方法。
技术介绍
激光诱导击穿光谱(Laser-inducedbreakdownspectroscopy，LIBS)是一种基于原子发射光谱的快速的物质成分分析技术。其中，激光器作为LIBS的激发光源，对整个系统起着重要的作用。目前的LIBS系统中的激光器输出的激光一般为高斯分布，从而导致照射到样品靶材上的光斑的光强分布不均匀以及样品靶材烧蚀不均匀，进而造成等离子体受力不均匀，并使得等离子体在整个寿命中一直处于剧烈的波动状态，严重影响了采集到的光谱的稳定性，进而影响了定量分析的精度和准确度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种光谱稳定性优化装置、系统和方法，能够有效解决上述问题。本专利技术较佳实施例提供一种光谱稳定性优化装置，应用于包括激光器和载物台的LIBS系统，所述光谱稳定性优化装置包括光束整形器；所述光束整形器设置于所述激光器与所述载物台之间，且所述光束整形器与所述载物台和所述激光器共线；其中，所述光束整形器用于对由所述激光器发射的高斯光束进行整形，并使得整形后形成的均匀平顶光束入射至所述载物台上的样品靶材上。在本专利技术较佳实施例的选择中，所述光束整形器包括非球面的凸透镜和非球面的凹透镜；所述凹透镜位于所述激光器与所述凸透镜之间，所述凸透镜位于所述凹透镜与所述载物台之间，使得所述激光器、凸透镜和所述凹透镜共线，且所述凹透镜的焦距是所述凸透镜的焦距的1/3。在本专利技术较佳实施例的选择中，所述光束整形器包括衍射光学元件和聚焦透镜；所述聚焦透镜位于所述衍射光学元件与所述载物台之间，且所述衍射光学元件与所述聚焦透镜和所述激光器共线。在本专利技术较佳实施例的选择中，所述光谱稳定性优化装置还包括用于滤波的光阑，所述光阑设置于所述光束整形器与所述载物台之间，且该光阑与所述激光器和所述光束整形器共线。在本专利技术较佳实施例的选择中，所述光阑为可调光阑。本专利技术较佳实施例提供一种光谱稳定性优化系统，包括LIBS系统和上述的光谱稳定性优化装置，所述光谱稳定性优化装置可拆卸地设置于所述LIBS系统中的激光器与载物台之间，且所述光谱稳定性优化装置与所述激光器共线。本专利技术较佳实施例还提供一种光谱稳定性优化方法，应用于光谱稳定性优化系统，所述光谱稳定性优化系统包括光谱稳定性优化装置和LIBS系统，所述光谱稳定性优化方法包括：基于所述光束整形器在不同状态时所述样品靶材中待测元素对应的不同参数，获取针对每一个参数进行多次测量时的光谱强度；分别基于每一个参数进行多次测量得到的光谱强度，计算该参数对应的光谱强度标准偏差；选取各光谱强度相对标准偏差的最小值，并将该最小值对应的光谱稳定性作为最优值，以及将该最小值对应的所述光束整形器的状态作为最佳状态进行保存。在本专利技术较佳实施例的选择中，所述光束整形器包括非球面的凸透镜和非球面的凹透镜，所述凹透镜位于所述激光器与所述凸透镜之间，所述调节该光束整形器的状态包括：调节所述凸透镜和凹透镜相对于所述LIBS系统的初始位置；和/或调节所述凸透镜和所述凹透镜的之间的距离。在本专利技术较佳实施例的选择中，所述光束整形器包括衍射光学元件和聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述衍射光学元件与载物台之间，且所述衍射光学元件与所述聚焦和激光器共线，所述以第一预设值为步进单位调节该光束整形器的状态以实现对样品靶材中待测元素的参数遍历的步骤包括：以第一预设值为步进单位调节所述衍射光学元件和聚焦透镜相对于所述的载物台的位置，以实现对所述样品靶材中的待测元素的参数遍历。在本专利技术较佳实施例的选择中，所述光束整形器与所述载物台之间设置有光阑，且该光阑与激光器和所述光束整形器共线，所述光谱稳定性优化方法还包括：将所述光谱强度相对标准偏差中的最小值对应的所述光束整形器的状态作为所述光束整形器的最佳状态；基于所述光束整形器的最佳状态和所述光阑的初始状态，以第二预设值调节该光阑的状态以实现对样品靶材中待测元素的参数遍历，并在该参数满足预设规则时停止参数遍历；基于所述光阑在不同状态时所述样品靶材中待测元素对应的不同参数，获取针对每一个参数进行多次测量时的光谱强度；；分别基于每一个参数进行多次测量得到的光谱强度，计算该参数对应的光谱强度标准偏差；选取各光谱强度相对标准偏差中的最小值，将该最小值对应的光谱稳定性作为最优值，并将该最小值对应的所述光阑的状态作为最佳状态进行保存。与现有技术相比，本实施例提供一种光谱稳定性优化装置、系统和方法，其中，可通过调节光谱稳定性优化装置的状态实现对位于载物台上的样品靶材中的待测元素进行参数遍历得到稳定性最优且分布均匀的等离子体，即可得到稳定的光谱，从而降低等离子体的波动性、提高LIBS系统在定量分析时的精确度及准确度。此外，本专利技术结构简单，操作方便。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为激光诱导的非均匀且处于波动状态的等离子体示意图。图2为本专利技术实施例提供的光谱稳定性优化装置的应用场景示意图。图3为本专利技术实施例提供的光束整形器的结构示意图。图4为本专利技术实施例提供的另一光谱稳定性优化装置的应用场景示意图。图5为本专利技术实施例提供的光谱稳定性优化方法的流程示意图。图6为本专利技术实施例提供的光谱稳定性优化方法的另一流程示意图。图标：10-光谱稳定性优化系统；100-光谱稳定性优化装置；110-光束整形器；111-凹透镜；112-凸透镜；113-衍射光学元件；114-聚焦透镜；120-光阑；200-样品靶材；300-激光器；310-载物台；320-光谱仪；330-计算机。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。需要说明的是，光谱的不稳定性是由于等离子体分布不均匀造成，其中，请参阅图1，从图中可看出，等离子体的中心区域温度较高，粒子密度较大，等离子体中心激发态粒子的辐射能被外围同类基态冷粒子吸收而使谱线中心强度减弱和变形。当等离子体满足局部热平衡和光学薄(opticallythin)的理想条件时，在相同基体中的原子/离子发光强度应与含量成线性函数关系。但由于激光光强分布的非均匀造成物质烧蚀的非均匀性及等离子体膨胀过程中受力的不均匀性，造成等离子体的剧烈波动。因此，实际的等离子体并不满足热平衡和光学薄条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱稳定性优化装置，应用于包括激光器和载物台的LIBS系统，其特征在于，所述光谱稳定性优化装置包括光束整形器；所述光束整形器设置于所述激光器与所述载物台之间，且所述光束整形器与所述载物台和所述激光器共线；其中，所述光束整形器用于对由所述激光器发射的高斯光束进行整形，并使得整形后形成的均匀平顶光束入射至所述载物台上的样品靶材上。

【技术特征摘要】
1.一种光谱稳定性优化装置，应用于包括激光器和载物台的LIBS系统，其特征在于，所述光谱稳定性优化装置包括光束整形器；所述光束整形器设置于所述激光器与所述载物台之间，且所述光束整形器与所述载物台和所述激光器共线；其中，所述光束整形器用于对由所述激光器发射的高斯光束进行整形，并使得整形后形成的均匀平顶光束入射至所述载物台上的样品靶材上。2.根据权利要求1所述的光谱稳定性优化装置，其特征在于，所述光束整形器包括非球面的凸透镜和非球面的凹透镜；所述凹透镜位于所述激光器与所述凸透镜之间，所述凸透镜位于所述凹透镜与所述载物台之间，使得所述激光器、凸透镜和所述凹透镜共线，且所述凹透镜的焦距是所述凸透镜的焦距的1/3。3.根据权利要求1所述的光谱稳定性优化装置，其特征在于，所述光束整形器包括衍射光学元件和聚焦透镜；所述聚焦透镜位于所述衍射光学元件与所述载物台之间，且所述衍射光学元件与所述聚焦透镜和所述激光器共线。4.根据权利要求1所述的光谱稳定性优化装置，其特征在于，所述光谱稳定性优化装置还包括用于滤波的光阑，所述光阑设置于所述光束整形器与所述载物台之间，且该光阑与所述激光器和所述光束整形器共线。5.根据权利要求4所述的光谱稳定性优化装置，其特征在于，所述光阑为可调光阑。6.一种光谱稳定性优化系统，其特征在于，包括LIBS系统和上述权利要求1-5中任一项所述的光谱稳定性优化装置，所述光谱稳定性优化装置可拆卸地设置于所述LIBS系统中的激光器与载物台之间，且所述光谱稳定性优化装置与所述激光器共线。7.一种光谱稳定性优化方法，其特征在于，应用于光谱稳定性优化系统，所述光谱稳定性优化系统包括光谱稳定性优化装置和LIBS系统，所述光谱稳定性优化方法包括：基于光束整形器的初始状态，以第一预设值为步进单位调节该光束整形器的状态以实现对样品靶材中待测元素的参数遍历，并在该参数满足预设规则时停止参数遍历；基于所述光束整形器在不同状态时所述样品靶材中待测元素对应的不同参数，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆栋，宣文静，余华清，聂长江，卢金军，赵恒，刘会，李钱光，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42