基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于单光束分束的激光诱导击穿光谱分析装置，包括光路相应联接的激光源、激光分束装置、直路光学传输装置、旁路光学传输装置，以及光纤探测器、光谱仪和数据分析器，由激光分束装置将激光源发射的一束激光分成两束激光，一束激光由直路光学传输装置聚焦后垂直入射到样品表面，另一束激光由旁路光学传输装置调整激光入射角度至与垂直入射激光在样品表面上的作用点重合的角度并经聚焦入射到样品表面，两束激光共同激发样品产生等离子体，收集等离子体的光纤探测器由光纤与光谱仪相连，将等离子体发射光谱耦合进光谱仪，光谱仪通过USB数据线将采集的光谱数据传输给数据分析器对样品成分进行检测分析，得到样品成分信息。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光谱分析
，涉及一种激光光谱分析技术，尤其是一种基于单光束分束技术产生双光束的激光诱导击穿光谱分析技术，具体涉及一种双光束激光诱导击穿光谱分析方法及其实施装置。
技术介绍
激光诱导击穿光谱(LaserInduced Breakdown Spectroscopy, LIBS)技术是一种新型原子发射光谱技术，该技术凭借着检测速度快、多组分同时测定、具备现场原位分析能力和无需复杂的样品前处理等优势，广泛应用于油气开采、地质勘探、冶金电力和环境监测等诸多领域。但是近几年来，其较低的灵敏度和较高的检出限已经成为制约LIBS技术发展的瓶颈，因此得到广大LIBS研究人员的高度重视。目前针对此类问题的解决方案主要包括1.基于微波辅助的信号增强方法该方法在待测样品周围加入微波能量，通过改变激光诱导等离子体的生存环境，实现了对LIBS光谱信号的增强；2.基于高压放电辅助的信号增强方法该方法在激光诱导等离子体处加入两个高压电极，通过高压放电对等离子体实现二次激发，实现了对LIBS光谱信号的增强；3.基于激光双脉冲的信号增强方法该方法利用两个激光器和一个延时器产生两个具有一定延迟时间(微秒级)的激光脉冲，通过两个激光脉冲先后与样品或激光诱导等离子体进行作用，实现对等离子体的二次激发，提升了 LIBS光谱信号的强度。上述解决方案在不同程度上提升了 LIBS光谱信号的强度，虽然实现方法有所不同，但是其基本原理同属一类，即基于第二个激发源所提供的额外能量(例如微波、高压放电、脉冲激光等)，增加激光诱导等离子体的激发效率，进而达到提升LIBS的灵敏度和降低检出限的目的。由此可见，此类方案实现的先决条件是在原有的LIBS系统上增加一个激发源，为等离子体提供额外的激发能量。然而所增加的激发源将为LIBS系统增加额外的装置或附件(例如微波腔体、微波发生器、高压脉冲电源、激光谐振腔、泵浦灯水冷装置等)，此类装置或附件，体积较大、结构复杂并且价格昂贵，势必会增加LIBS系统的实现成本和实验装置的复杂程度，这将不利于LIBS信号增强技术以及相关装置的推广与应用。
技术实现思路
针对上述现有LIBS信号增强技术的现状和存在的问题，本技术的目的旨在提供一种全新结构的基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，以丰富LIBS信号增强的方式，克服现有LIBS信号增强技术存在的实施装置结构复杂，装置成本高等问题。用于实现本技术上述目的的基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，主要包括光路相应联接的激光源、激光分束装置、直路光学传输装置、旁路光学传输装置，以及光纤探测器、光谱仪和数据分析器，所述激光分束装置将激光源发射的一束激光分成两束激光，其中一束激光由直路光学传输装置聚焦后垂直入射到样品表面，另一束激光由旁路光学传输装置调整激光入射角度至与垂直入射激光在样品表面上的作用点重合的角度并经聚焦入射到样品表面，两束激光共同激发样品产生等离子体，检测窗口对准等离子体的光纤探测器由光纤与光谱仪相连，将等离子体发射光谱耦合进光谱仪，光谱仪通过USB数据线将采集的光谱数据传输给数据分析器对样品成分进行检测分析。由于本技术涉及一种激光光谱类仪器，为了便于表述各装置之间的关系，将装置的入射光方向和节点定义为“光输入接口”，将装置的出射光方向和节点定义为“光输出接口”，当前一个装置的“光输入接口 ”与紧接的后一个装置的“光输出接口 ”相连时，表示前一个装置输出的光束的方向与后一个装置的光束入射方向相同，并通过入射节点。根据上述定义，本技术的实施装置还可描述为:激光源的“光输出接口 ”与激光分束装置的“光输入接口 ”连接，激光分束装置将该束激光分成直路激发激光和旁路激发激光两束激光，其中直路激发激光的“光输出接口 ”与直路光学传输装置的“光输入接口”连接，旁路激发激光的“光输出接口”与旁路光学传输装置的“光输入接口 ”连接，直路光学传输装置和旁路光学传输的“光输出接口 ”输出的激光作用到样品表面上同一个点，并产生等离子体；光纤探测器的检测窗口对准等离子体，并经过光纤与光谱仪相连，将等离子体发射光谱耦合进光谱仪，光谱仪通过USB数据线将采集的光谱数据传输给数据分析器，完成对样品成分的分析。在上述技术方案中，激光源优选能量大于30毫焦，波长为1064nm的脉冲激光，激光源的波长也可以是532nm、355nm或266nm的脉冲激光，只要单束脉冲激光的能量大于30毫焦即可，具体激光源的波长选择和能量选择取决于实际需求。在上述技术方案中，所述激光分束装置由一个具备旋转功能的第一镜架和安置在镜架上的一个激光分束镜构成。其中具备旋转功能的镜架负责固定分束镜，并通过旋转功能改变分束镜轴线与入射激光的夹角α，其中a e (0°，90° )。分束镜负责将激光源产生的一束激光脉冲分成直路激发激光和旁路激发激光两束激光，且分束后的两束激光能量总和小于等于分束前的激光能量(由于角度α的变化，分束镜会损失一定的能量)。在上述技术方案中，所述直路光学传输装置由一个焦长为的第一聚焦透镜和第二镜架组成，通过第二镜架将第一透镜固定在样品表面上方4处，其目的为了保证第一聚焦透镜焦点在样品表面。在上述技术方案中，所述旁路光学传输装置至少由第一反射镜、焦长为f2的第二聚焦透镜、安置第一反射镜的第三镜架、安装第二聚焦透镜的第四镜架、半径为R1的第一圆弧型轨道和半径为R2的第二圆弧型轨道组成，所述第三镜架可移动的设置在第一圆弧型轨道上，所述第四镜架可移动的设置在第二圆弧型轨道上，第三镜架和第四镜架均为具有旋转功能的镜架，且第二圆弧型轨道的半径R2与第二聚焦透镜焦长f2 —致，用于保障第二聚焦透镜的焦点在样品表面。即在该装置中，第一反射镜用于改变旁路激发激光入射到样品表面时与样品表面垂直方向的夹角β，β e (20° 80° );第二聚焦透镜焦长f2，负责聚焦旁路激发激光，为了保证旁路激发激光的聚焦后的焦点与原点重合(定义直路激发激光聚焦后与样品表面的作用点为原点)，所以R2=f2。所述第一圆弧型轨道和所述第二圆弧型轨道的圆心最好重合。在上述技术方案中，为了适应从激光分束装置发射出来的旁路激光不能水平入射到第一反射镜的情况，所述旁路光学传输装置最好设计有旁路激发激光调整光路，所述调整光路可由第二反射镜、第三反射镜、分别安装第二反射镜和第三反射镜具备旋转功能的第五镜架和第六镜架组成，两个反射镜通过各自镜架的旋转改变角度，进而实现旁路激光位置的调整。第二反射镜和第三反射镜最好为平行设置。所述第三反射镜的位置高度与第一反射镜的位置高度最好保持一致。在上述技术方案中，所述具有旋转功能的镜架可设计成由用于将镜架固定在其他构件上的外部框架、可转动安置于外部框架内用于安装反射镜或聚焦透镜的内部框架、用于转动内部框架的旋转柄和用于将调整到位的内部框架定位于外部框架内的定位构件等构成。在上述技术方案中，光纤探测器用于收集两束激光产生的等离子体发射光谱，并将收集的光谱通过光纤耦合进光谱仪；光谱仪用于采集光纤探测器所收集的光谱，并将其转化为电信号，通过USB数据线传输给数据分析器；数据分析器用于计算、分析和处理光谱仪所传输的电信号，最后通过显示器将该样品的光谱显示出来。本技术的光学传输方案如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于主要包括光路相应联接的激光源（1）、激光分束装置（2）、直路光学传输装置（3）、旁路光学传输装置（4），以及光纤探测器（5）、光谱仪（6）和数据分析器（7），所述激光分束装置将激光源发射的一束激光分成两束激发激光，其中一束激发激光由直路光学传输装置聚焦后垂直入射到样品表面，另一束激发激光由旁路光学传输装置调整激光入射角度至与直路激发激光在样品表面上的作用点重合的角度并经聚焦入射到样品表面，两束激发激光共同激发样品产生等离子体，检测窗口对准等离子体的光纤探测器由光纤与光谱仪相连，将等离子体发射光谱耦合进光谱仪，光谱仪通过USB数据线将采集的光谱数据传输给数据分析器对样品成分进行检测分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于主要包括光路相应联接的激光源(I)、激光分束装置(2)、直路光学传输装置(3)、旁路光学传输装置(4)，以及光纤探测器(5)、光谱仪(6)和数据分析器(7)，所述激光分束装置将激光源发射的一束激光分成两束激发激光，其中一束激发激光由直路光学传输装置聚焦后垂直入射到样品表面，另一束激发激光由旁路光学传输装置调整激光入射角度至与直路激发激光在样品表面上的作用点重合的角度并经聚焦入射到样品表面，两束激发激光共同激发样品产生等离子体，检测窗口对准等离子体的光纤探测器由光纤与光谱仪相连，将等离子体发射光谱耦合进光谱仪，光谱仪通过USB数据线将采集的光谱数据传输给数据分析器对样品成分进行检测分析。2.根据权利要求1所述的基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于所述激光源为能量不小于30毫焦、波长为1064nm、532nm、355nm或266nm的脉冲激光。3.根据权利要求1所述的基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于所述激光分束装置(2)由一个具备旋转功能的第一镜架和安置在镜架上的一个激光分束镜(8)构成。4.根据权利要求1所述的基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于所述直路光学传输装置由一个焦长为的第一聚焦透镜和第二镜架组成，通过第二镜架将第一透镜固定在样品表面上方A处。5.根据权利要求1至4之一所述的基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，其特征在于所述旁路光学传输装置(4)由至少一个第一反射镜(14)、焦长为f2的第二聚焦透镜(16)、安装第一反射镜的第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：段忆翔，杨光，林庆宇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：实用新型
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