一种基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，包括用于发射激光光束的激光器以及供激光光束依次经过的倍频模块、紫外熔融石英玻璃柱、高功率光纤，所述高功率光纤朝向样品的一端形成呈锥形的针状的光纤探针部。本实用新型专利技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统将激光耦合进入一根光纤，光纤的末端被制成锥形，激光束传输至光纤末端后，会在光纤探针部形成强光场分布，由于该激光点的形成基于光波导耦合理论，因此具有更高的光学分辨率，当光纤探针部的尖端接近样品表面后，激光即作用样品表面形成等离子体，烧蚀坑横线宽可达到小于1μm，实现亚微米量级分辨率和对痕量元素的分析能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统
本技术涉及光谱分析
，更具体地说，涉及一种基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统。
技术介绍
激光诱导击穿光谱技术(以下简称：LIBS)是一种非接触、快速、安全、可靠的成分检测手段。采用对人体无辐射的1064nm激光束，在无需样品制备的情况下，实现对物质的快速精准定性、半定量和定量分析，全周期元素的检测极限达ppm量级，能够有效替代或补充现有荧光光谱技术的不足。传统的LIBS系统通常基于一套显微镜系统，利用显微物镜将入射的准直激光束聚焦到样品的表面，由于受到光学衍射极限的影响，聚焦后的激光烧蚀样品表面形成的烧蚀坑横向线宽通常在10μm左右，因此对于含量为ppb或ppt级的痕量元素，传统的LIBS系统往往束手无策。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，解决了现有技术中的LIBS系统无法检测含量为ppb或ppt级的痕量元素的问题。本技术解决技术问题所采用的技术方案是：一种基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，包括用于发射激光光束的激光器以及供激光光束依次经过的倍频模块、紫外熔融石英玻璃柱、高功率光纤，所述高功率光纤朝向样品的一端形成呈锥形的针状的光纤探针部。在本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统中，所述光纤探针部的尖端的端面的横向尺寸<0.001mm。在本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统中，所述光纤探针部的外周覆设有用于防止激光外溢以及导热的导热金属膜。在本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统中，所述导热金属膜靠近所述光纤探针部的一端与所述光纤探针部的尖端之间的距离≤0.001mm。在本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统中，所述紫外熔融石英玻璃柱的激光束入射面为平面且该激光束入射面镀有激光增透膜，所述紫外熔融石英玻璃柱的激光束出射面与所述高功率光纤相连，所述紫外熔融石英玻璃柱是内部为渐变折射率的紫外熔融石英玻璃柱。在本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统中，所述激光诱导击穿光谱分析系统还包括用于探测所述高功率光纤的光纤探针部的尖端与样品表面的距离的微距传感器以及沿竖直方向移动的压电位移平台和沿水平方向移动的二维移动平台，所述高功率光纤远离所述紫外熔融石英玻璃柱的一端连接在所述微距传感器上，所述样品置于所述压电位移平台的上表面；所述微距传感器与第一信号处理电路电信号连接，所述第一信号处理电路与终端电信号连接；所述压电位移平台与压电驱动器电信号连接，所述二维移动平台与二维移动平台驱动器电信号连接，所述压电驱动器和所述二维移动平台驱动器与终端电信号连接。在本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统中，所述激光诱导击穿光谱分析系统还包括光谱仪和用于收集激光诱导等离子体辐射的光谱信号的光谱采集光纤，所述光谱采集光纤的一端与所述光谱仪相连，所述光谱仪将光谱信号传输至ICCD进行成像且该ICCD将光谱信号转换为电信号，所述ICCD与终端电信号连接；所述光谱采集光纤远离所述光谱仪的另一端设置有金属管，所述金属管安装在所述微距传感器上，所述金属管内形成有通孔，所述通孔与所述光谱采集光纤相适配，所述光谱采集光纤从所述金属管的一端穿插至所述金属管的另一端，且该光谱采集光纤的端部与所述金属管的另一端的管口端面相接。在本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统中，所述金属管与所述样品所放置的水平面之间呈15°～90°。在本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统中，所述激光器与终端电信号连接，所述激光器与所述倍频模块之间设置有第一激光反射镜，所述倍频模块与所述紫外熔融石英玻璃柱之间设置有第二激光反射镜；所述紫外熔融石英玻璃柱的外周设置有用于冷却所述紫外熔融石英玻璃柱的第一冷凝件，所述导热金属膜的外侧设置有用于冷却所述高功率光纤的第二冷凝件。在本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统中，所述激光诱导击穿光谱分析系统还包括用于采集从所述高功率光纤内部溢出的倍频后激光束的光信号并转换为电信号的光电探测器，所述光电探测器设置在所述高功率光纤的外侧表面上，所述光电探测器与第二信号处理电路电信号连接，所述第二信号处理电路与终端电信号连接。实施本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，具有以下有益效果：本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统将激光耦合进入一根光纤，光纤的末端被制成锥形，激光束传输至光纤末端后，会在光纤探针部形成强光场分布，由于该激光点的形成基于光波导耦合理论，因此具有更高的光学分辨率，当光纤探针部的尖端接近样品表面后，激光即作用样品表面形成等离子体，烧蚀坑横线宽可达到小于1μm，实现亚微米量级分辨率和对痕量元素的分析能力。附图说明图1为本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统的其中一实施例的结构示意图；图2为图1中A-A1处的局部放大图；图3为图1中A-A2处的局部放大图；图4为本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统的另一实施例的结构示意图；其中，1.激光器；2.第一激光反射镜；3.倍频模块；4.第二激光反射镜；5.倍频后激光束；6.紫外熔融石英玻璃柱；7.第一冷凝件；8.高功率光纤；9.微距传感器；10.第一信号处理电路；11.压电驱动器；12.二维移动平台驱动器；13.光电探测器；14.第二信号处理电路；15.金属管；16.第二冷凝件；17.样品；18.压电位移平台；19.二维移动平台；20.光谱采集光纤；21.光谱仪；22.ICCD；23.终端；24.导热金属膜。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统的结构和作用原理作进一步说明：在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。如图1-3所示，本技术的其中一实施例提供了一种基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，包括激光器1、第一激光反射镜2、倍频模块3、第二激光反射镜4、紫外熔融石英玻璃柱6、高功率光纤8、微距传感器9、第一信号处理电路10、光电探测器13、压电位移平台18、二维移动平台19、光谱采集光纤20、光谱仪21、ICCD22和终端23。其中，终端可以是手机、IPAD、笔记本电脑、台式终端等等。需要说明的是，本技术所采用的上述装置、元器件均是现有技术中已有且常用的，这里不再进行详本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，包括用于发射激光光束的激光器(1)以及供激光光束依次经过的倍频模块(3)、紫外熔融石英玻璃柱(6)、高功率光纤(8)，其特征在于，所述高功率光纤(8)朝向样品(17)的一端形成呈锥形的针状的光纤探针部。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，包括用于发射激光光束的激光器(1)以及供激光光束依次经过的倍频模块(3)、紫外熔融石英玻璃柱(6)、高功率光纤(8)，其特征在于，所述高功率光纤(8)朝向样品(17)的一端形成呈锥形的针状的光纤探针部。


2.根据权利要求1所述的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于，所述光纤探针部的尖端的端面的横向尺寸<0.001mm。


3.根据权利要求1所述的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于，所述光纤探针部的外周覆设有用于防止激光外溢以及导热的导热金属膜(24)。


4.根据权利要求3所述的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于，所述导热金属膜(24)靠近所述光纤探针部的一端与所述光纤探针部的尖端之间的距离≤0.001mm。


5.根据权利要求1所述的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于，所述紫外熔融石英玻璃柱(6)的激光束入射面为平面且该激光束入射面镀有激光增透膜，所述紫外熔融石英玻璃柱(6)的激光束出射面与所述高功率光纤(8)相连，所述紫外熔融石英玻璃柱(6)是内部为渐变折射率的紫外熔融石英玻璃柱。


6.根据权利要求5所述的基于近场光纤探针的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于，所述激光诱导击穿光谱分析系统还包括用于探测所述高功率光纤(8)的光纤探针部的尖端与样品表面的距离的微距传感器(9)以及沿竖直方向移动的压电位移平台(18)和沿水平方向移动的二维移动平台(19)，所述高功率光纤(8)远离所述紫外熔融石英玻璃柱(6)的一端连接在所述微距传感器(9)上，所述样品置于所述压电位移平台(18)的上表面；
所述微距传感器(9)与第一信号处理电路(10)电信号连接，所述第一信号处理电路(10)与终端(23)电信号连接；所述压电位移平台(18)与压电驱动器(11)电信号连接，所述二维移动平台(19)与二维移动平台驱动器(12)电信号连接，所述压电驱动器(11)和所述二维移动平台驱动器(12)与终端(23)电信号连...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑重，杨新艳，苏云，易裕生，吕海萍，
申请(专利权)人：深圳青锐科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44