多波长激光同轴微区原位剥蚀进样系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多波长激光同轴微区原位剥蚀进样系统，该系统的多波长激光器设有多个出光口，用于输出多路不同波长的激光；各出光口前均设有扩束镜，扩束后的多路激光经由分束镜或反射镜、分束镜后重合在同一条光轴上，并由聚焦镜进行聚焦；剥蚀池位于三维移动平台上且其内置有样品；三维移动平台和相机均与机器视觉控制模块相连，由机器视觉控制模块控制三维移动平台移动实现激光焦点置于样品表面的选定位置，以完成剥蚀激光的自动聚焦和剥蚀点位置的自由选取及自动调整；载气装置连通剥蚀池，实现气溶胶粒子传输。本发明专利技术可使多光路激光器实现单光路输出多种波长，并实现对样品的自动聚焦剥蚀和微区原位剥蚀进样。的自动聚焦剥蚀和微区原位剥蚀进样。的自动聚焦剥蚀和微区原位剥蚀进样。

【技术实现步骤摘要】
多波长激光同轴微区原位剥蚀进样系统


[0001]本专利技术属于地球化学分析领域，具体涉及一种多波长激光同轴微区原位剥蚀进样系统。

技术介绍

[0002]激光剥蚀系统是激光剥蚀电感耦合等离子体质谱元素分析技术中重要的组成部分，与质谱分析技术结合可实现微区、原位、快速的元素检测和同位素分析。激光剥蚀系统通过高能量的短脉冲或超短脉冲激光聚焦在固体材料样品表面，少量样品被剥蚀，在惰性气体条件下形成气溶胶颗粒，通过载气运输到离子化装置完成对样品的采样、传输和离子化。然而部分激光器只能通过多个出光口分别输出不同波长的激光脉冲，在使用不同波长激光时，需要频繁调整光路或搭建多条光路以满足研究需求，使得整个激光剥蚀系统繁琐、复杂。
[0003]目前地球化学分析中，尤其是固体微区地球化学分析技术依赖于激光剥蚀进样系统和等离子体质谱仪的联用，可将样品的元素和同位素含量或比值测量出来。激光剥蚀系统中激光波长往往作为重要参数影响着实验的结果，比如在激光剥蚀电感耦合等离子体质谱元素分析技术中，激光波长影响着单光子能量和材料的对光吸收程度，从而导致剥蚀深度、样品表面温度、剥蚀速度、气溶胶组成等发生变化，进而影响微区分析时的分析信号灵敏度，而且由于被剥蚀样品和剥蚀激光光路空间位置固定，使用多通道的激光器时切换波长的操作过于繁琐，且容易改变光路条件影响试验稳定性；剥蚀激光聚焦需要精准控制样品高度，且微区分析需精准定位采样点，人工手动完成以上精密操作过于困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种多波长激光同轴微区原位剥蚀进样系统，使多光路激光器实现单光路输出多种波长，并实现对样品的自动聚焦剥蚀和微区原位剥蚀进样。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种多波长激光同轴微区原位剥蚀进样系统，该系统包括多波长激光器、扩束镜、反射镜、分束镜、聚焦镜、剥蚀池、三维移动平台、相机、机器视觉控制模块和载气装置；
[0007]其中，多波长激光器设有多个出光口，用于输出多路不同波长的激光；各出光口前均设有扩束镜，扩束后的多路激光经由反射镜和分束镜的两次反射重合在同一条光轴上，并由聚焦镜进行聚焦；
[0008]剥蚀池位于三维移动平台上且其内置有样品；三维移动平台和相机均与机器视觉控制模块相连，由机器视觉控制模块控制三维移动平台移动实现激光焦点置于样品表面的选定位置，以完成剥蚀激光的自动聚焦和微区原位剥蚀采样；
[0009]载气装置连通剥蚀池，以实现微区原位剥蚀进样。
[0010]进一步的，根据用户剥蚀不同种类固体样品，选用不同波长且能同轴传输的激光脉冲进行剥蚀取样。
[0011]进一步的，扩束镜为高倍数扩束镜，分束镜为高性能长波透、短波反射或短波透、长波反射的分束镜。
[0012]进一步的，机器视觉控制模块实现不同波长激光自聚焦于样品表面以及剥蚀点自动选取和定位。
[0013]进一步的，该系统还包括滤波片；重合在同一条光轴上的激光依次通过装有反射镜和聚焦镜的爬高架和玻璃窗口聚焦在样品表面，反射光则依次通过窗口、聚焦镜、分束镜和滤波片进入相机。
[0014]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0015]本专利技术采用扩束镜、分束镜和反射镜等光学元件的组合，可将激光器的不同波长的激光同轴，使单光路输出多波长激光脉冲，能够高效、便捷地切换剥蚀激光的波长，根据材料对光的吸收特性，选取合适的波长以提高剥蚀效率；短脉冲或超短脉冲激光聚焦剥蚀，结合精密的可移动平台、CCD相机和机器视觉控制模块，可实现激光自聚焦；再结合连有载气装置的密闭剥蚀池，可以对样品实现微区原位采样、进样，有助于实现高分辨率和高灵敏度的化学分析。该系统结构紧凑、快捷方便，有助于高分辨率和高灵敏度的元素和同位素分析，因此该多波长激光同轴微区原位剥蚀进样系统在地球分析化学等领域具有重要、广泛的应用前景。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的多波长激光同轴微区原位剥蚀进样系统的结构示意图。
[0017]图中：1
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激光器，2
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出光口，3
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扩束镜，41
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第一谐波分束镜，42
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第二谐波分束镜，43
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第三谐波分束镜，51
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第一反射镜，52
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第二反射镜，53
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第三反射镜，54
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第四反射镜，6
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聚焦镜，7
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滤波片，8
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剥蚀池，9
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样品，10
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三维移动平台，11
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相机，12
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计算机，13
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进气管道，14
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出气管道，15
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窗口。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0019]本专利技术提供了一套多波长激光的光路同轴输出方法和激光微区原位剥蚀进样系统，将多路输出的激光进行合路，能够简易切换剥蚀激光的波长；并且通过一套机器视觉自聚焦系统，包含可移动的精密平台、CCD(charge coupled device)相机和计算机上的机器视觉控制软件，可实现剥蚀激光的自动聚焦和剥蚀位置的观察与选取；结合连有载气的密闭剥蚀池，可完成微区原位剥蚀和进样操作。该专利技术系统结构紧凑、快捷方便，有助于高分辨率和高灵敏度的元素和同位素分析。
[0020]本专利技术的多波长激光光路同轴的原位剥蚀进样系统，可根据具体条件和需求实现不同多波长的短脉冲或超短脉冲激光同轴，并完成微区原位采样和进样。本专利技术首先对激光器的不同出光口分别使用高功率扩束镜进行扩束，然后使用反射镜和谐波分束镜两次反射使不同激光光路重合，通过选取合适的分束镜并调整反射的角度，即可使不同波长激光
脉冲光路在同一条光轴上；然后通过反射镜使激光光路爬高，再使用聚焦镜将激光聚焦；可通过CCD相机结合机器视觉控制软件，使精密三维移动平台自动调整样品空间位置，从而使激光焦点置于样品上表面的选定位置以完成微区原位剥蚀采样；再通过密闭剥蚀池和载气装置可将被剥蚀产生的气溶胶传输完成全部进样过程。本专利技术中的激光光路系统只需采用扩束镜、分束镜和反射镜等标准光学元件相组合，使多光路激光器实现单光路输出多种波长，并实现对样品的自动聚焦剥蚀和微区原位剥蚀进样，有助于高分辨率和高灵敏度的元素和同位素的分析，装调便利、结构简单、适用性广泛、可重复性好。
[0021]本专利技术在地球化学分析等领域中具有重要作用，能够完成所需的多波长激光对样品的微区原位剥蚀和取样、进样操作。一方面，激光波长作为重要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多波长激光同轴微区原位剥蚀进样系统，其特征在于，该系统包括多波长激光器、扩束镜、反射镜、分束镜、聚焦镜、剥蚀池、三维移动平台、相机、机器视觉控制模块和载气装置；其中，多波长激光器设有多个出光口，用于输出多路不同波长的激光；各出光口前均设有扩束镜，扩束后的多路激光经由分束镜或反射镜、分束镜重合在同一条光轴上，并由聚焦镜进行聚焦；剥蚀池位于三维移动平台上且其内置有样品；三维移动平台和相机均与机器视觉控制模块相连，由机器视觉控制模块控制三维移动平台移动实现激光焦点置于样品表面的选定位置，并实现剥蚀点自由选取和定位，以完成剥蚀激光的自动聚焦和微区原位剥蚀采样；载气装置连通剥蚀池，以实现微区原位剥蚀进样。2.根据权利要求1所述的多波长激光同轴微...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕涛，尼洋，范博文，刘勇胜，陈力飞，陈海红，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：