[实用新型]一种用于LIBS远程探测的望远聚焦收集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学设计领域，特别是一种用于LIBS远程探测的望远聚焦收集系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术，简称LIBS技术，其基本原理是一束高能量的激光经透镜聚焦后产生高温、高密度的等离子体，通过分析等离子体光谱中的特征谱线来检测样品的组分含量，由于其具有无需样品制备、可同时测量多种元素、可测固、液、气以及非接触式、快速测量等优点，非常适合于在线、实时、非接触式分析，现已广泛应用于冶金、环境、考古、深海、太空等各行各业。

目前LIBS技术的发展已由近距离测量逐渐发展到远程测量，如在高温、高辐射的危险环境、悬崖峭壁、太空深海等人无法到达的环境下就需要利用LIBS技术进行远距离测量，而且随着被测物的变化，测量距离也相应的变化，目前的LIBS系统或者是不能同时在不同距离聚焦收集，不能满足在不同距离下的分析测量；或者是聚焦系统和收集系统是分离的，这样的光学系统不够紧凑，不容易调节，所以目前的LIBS系统不适合LIBS应用于未知远距离下的分析测量。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种能使激光在不同的距离下聚焦，并且使得聚焦光斑小于1mm，保证其在被测物的表面能激发出高温、高密度的等离子体，同时保证聚焦光路和收集光路同轴，用最少的调整量来控制在不同距离下的聚焦和收集的优化，还需保证在不同的距离下都能将宽波段的光谱信号聚焦到光纤芯径中的望远聚焦收集系统。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于LIBS远程探测的望远聚焦收集系统，激光初级扩束系统2同轴设置于激光发生装置1的出射方向，用于对激光进行扩束；反射系统设置于激光初级扩束系统2的激光出射方向，用于将激光导入望远系统中，并将等离子体7导入光纤耦合系统8；望远系统同轴设置于反射系统的激光出射方向一侧，用于对激光进行扩束聚焦，并收集激光聚焦到被测物表面产生的等离子体7；光纤耦合系统8在反射系统的另一侧，与望远系统同轴设置，并在光纤耦合系统8的聚焦焦点处设置光纤9。

所述激光初级扩束系统2包括依次同轴设置的第一双凹负透镜10、第一弯月透镜11和第一双凸正透镜12，所述第一双凸正透镜12的出射激光与光轴平行。

所述反射系统包括与激光初级扩束系统2的光轴成45度角设置的反射镜3和二向色镜4；

所述反射镜3和二向色镜4的中心分别与激光初级扩束系统2和望远系统同轴，且中心连线垂直于初级扩束系统2的光轴。

所述望远系统包括在二向色镜4的激光出射方向依次同轴设置的主镜5和副镜6。

所述主镜5为凹球面镜，且中心开孔；所述副镜6为可在光轴方向移动的凸非球面镜。

所述光纤耦合系统包括在通过二向色镜4的等离子体7的出射方向依次同轴设置的第二双凸正透镜13、第二双凹负透镜14、第三双凸正透镜15和第二弯月透镜16。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1.可在不同距离下对激光进行聚焦，且聚焦光斑小于1mm，保证了在被测物表面能激发出高温、高密度的等离子体；

2.聚焦光路和收集光路为同轴结构，使得系统更加紧凑、更加容易调节；

3.望远系统即作为激光聚焦系统的一部分，又作为光谱信号收集系统的一部分，保证了只需移动副镜即可实现激光聚焦和光谱信号收集在不同距离下能同时优化，大大缩短了优化时间;

4.在不同距离下能将宽波段的信号光都耦合到光纤芯径中。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是本实用新型的激光初级扩束系统的光学结构示意图；

图3是本实用新型的收集系统的光学结构示意图；

图4是激光经本系统后在5m处聚焦的几何弥散斑示意图；

图5是5m外的光谱信号经本系统收集聚焦的几何弥散斑示意图；

其中，1为激光发生装置，2为激光初级扩束系统，3为反射镜，4为二向色镜，5为主镜，6为副镜，7为等离子体，8为光纤耦合系统，9为光纤，10为第一双凹负透镜，11为第一弯月透镜，12为第一双凸正透镜，13为第二双凸正透镜，14为第二双凹负透镜，15为第三双凸正透镜，16为第二弯月透镜。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。