[发明专利]激光诱导击穿光谱分析系统及其方法

权利要求书

1.激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于：包括控制单元、脉冲激光器和沿脉冲激光出射方向依次设置的分束器、用以放置待测样品的可移动定位平台、光谱收集单元、光谱仪以及数据处理系统；所述分束器将脉冲激光器的出射光脉冲按照设定的能量分配比例分出主光路和采样光路，在主光路上依次设置有激光扩束准直及聚焦光学系统、与所述可移动定位平台构成反馈控制的样品定位单元，在采样光路上分别设置有脉冲激光能量测量模块、脉冲触发控制单元，其中，脉冲激光能量测量模块的信号输出端连接至控制单元的第一输入端，脉冲触发延迟单元依次通过触发信号产生单元、延迟控制电路方波信号输出连接至控制单元的第二输入端，所述双光束样品定位单元的信号输出端连接至控制单元的第三输入端；控制单元具有多路控制信号输出，各控制信号输出端分别对应接至样品定位单元、可移动定位平台、光谱仪；光谱仪的数据输出端连接至数据处理系统。

2.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于：

所述样品定位单元包括双光束光源系统和相机，双光束光源系统发出的两束激光以所述主光路的光轴对称并以固定角度照射在待测样品表面；相机用于拍摄待测样品表面的光斑，与可移动定位平台构成反馈控制。

3.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于：

所述光谱收集单元通过光纤耦合连接至光谱仪，光谱收集单元采用卡塞格林望远系统。

4.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于：

所述脉冲触发延迟单元接收来自脉冲激光能量测量模块漫反射光，并给出可调延迟的方波信号。

5.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于：

所述样品定位单元始终固定于主光路上，整体以主光路的光轴对称，并在样品定位单元固定板中心开孔，其结构保证对经过激光扩束准直及聚焦光学系统后的激光光束传输无影响。

6.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于：

所述分束器的入射面与光轴夹角呈45°。

7.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于：

所述可移动定位平台的外部设置有光罩。

8.根据权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析系统，其特征在于：

所述脉冲激光器的工作波长取1064nm、532nm或256nm，脉冲能量80-120毫焦，脉冲宽度6-9纳秒；所述分束器采用10:90分光镜，即脉冲激光经该分束器透射90%光能量反射10%光能量。

9.采用如权利要求1所述的激光诱导击穿光谱分析系统进行样品分析的方法，主要包括以下步骤：

（1）调整并确定待测样品位置

样品定位单元工作，以主光轴对称的两束激光以固定角度照射在待测样品表面，打开LED照明灯，用相机分别拍摄每一束光在待测样品表面的光斑，控制单元采集所得光斑图片通过软件处理得出光斑质心在图片中的坐标，计算两个光斑质心之间的距离，判断待测样品表面是否处于所述激光扩束准直及聚焦光学系统的焦平面位置或者瑞利长度范围内；

如果是，则控制单元控制相机停止拍照，计算光斑的大小及相应光斑光密度，并发送触发信号使脉冲激光器开始工作；如果否，则控制单元进一步计算待测样品表面与激光扩束准直及聚焦光学系统的焦平面位置的垂直距离，然后控制可移动定位平台移动，带动待测样品表面至焦平面位置；确认待测样品表面到达焦平面位置或者瑞利长度范围内，控制单元控制相机停止拍照，计算光斑的大小及相应光斑光密度，并发送触发信号使脉冲激光器开始工作；

（2）获取光谱

脉冲激光在待测样品上激发出的光谱以2π立体角向外扩展，采用卡塞格林望远系统接收，并通过光纤将接收到的光信号输入光谱仪进行光电转化；

（3）分析结论

将光谱仪输出的测量数据导入数据处理系统，基于测量数据中的波长和强度对应关系来定性和定量分析该待测样品的组成元素及其含量。