[实用新型]单光源双波长激光诱导击穿光谱测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于激光诊断和光谱分析技术领域，具体涉及一种物质元素含量分析的单光源双波长激光诱导击穿光谱测量装置。 

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术是利用高功率密度激光聚焦在待测样品表面，产生10000K～20000K高温的激光等离子体，通过对等离子体中包含的原子、离子、分子所发射光谱波长的测定分析，确定待测样品中元素的组成。LIBS技术运行成本低、测量速度快，具有高灵敏度、无需或或只需简单的样品预处理，便能够实现对样品的多元素同步快速检测，已经被尝试应用于物体元素成分诊断等领域。 

传统LIBS技术采用单脉冲激光作为光源，当激光脉冲照射在待测样品表面时，在激光脉冲入射方向上的等离子体区域的电子密度较大，对激光能量起到了屏蔽作用，使得后续激光能量无法到达待测样品表面，阻止了待测样品的继续烧蚀，因此，探测到的等离子信号较弱，限制了其应用范围。为解决这一问题，比较成功的是采用双脉冲激光对等离子体信号进行增强。 

经文献检索，专利“光电双脉冲激光诱导击穿光谱仪及光谱分析方法”(CN101620183B)，在单脉冲LIBS的基础上加入第二个高压电脉冲来增强等离子体中的原子辐射强度，以提高光谱检测的灵敏度；专利申请“双脉冲激光诱导击穿光谱仪系统及其光谱分析的方法”(公开号为CN102854172A，公开日为2013.01.02)，旨在实现光谱分析的全自动化；专利申请“基于双脉冲激光的粉状物质元素含量测量方法”(公开号为CN102788772A，公开日为2012.11.21)，该方法旨在提高在线检测速度和测试结果的重复性；专利申请“一种红外紫外双脉冲激光诱导击穿光谱在线原位检测装置”(公开号为CN102507511A，公开日为2012.06.20)，该装置旨在增强激光等离子体的光谱辐射强度，提高光谱检测的灵敏度。 

分析可知，在上述双脉冲LIBS技术中，等离子体信号增强的实现，要么采用两个激光器，要么将其中一个激光器以高压放电装置来代替；这就导致了测试装置存在结构复杂、体积庞大、成本高昂的缺陷，限制了LIBS技术的应用范围。 

实用新型内容

本实用新型为克服以上现有技术存在的问题，提供了一种单光源双波长激光诱导击穿光谱测量装置以及光谱测量方法。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 

一种单光源双波长激光诱导击穿光谱测量装置，主要包括脉冲激光器、倍频晶体、分光镜、第一全反射镜、第二全反射镜、光快门、待测样品载台、光纤收集头、光谱仪、同步延迟控制器和计算机； 

所述的脉冲激光器产生的激光通过倍频晶体后分为基频光和倍频光，照射在分光镜上； 

所述的分光镜对基频光高反射、对倍频光高透射，经过分光镜后，基频光和倍频光被分为两个光路；所述的倍频光经所述第一全反射镜反射后垂直照射于待测样品的表面；所述的基频光经过所述光快门、然后被所述第二全反射镜反射后平行照射在待测样品表面的上方1-5mm处； 

待测样品被激发出的等离子体产生的光谱信号会聚至光纤收集头，传送至光谱仪； 

所述的计算机与同步延迟控制器、光谱仪分别相连，用以负责参数设置、通信和总体控制；所述的同步延迟控制器根据计算机设置的参数对脉冲激光器、光快门以及光谱仪的同步和延迟进行控制；所述的光谱仪获得的光谱信号传递给计算机进行数据分析。 

基于上述基本方案，本实用新型还作如下优化限定和改进： 

在第一全反射镜后方设置有第一会聚透镜，在第二全反射镜后方设置有第二会聚透镜，在光纤收集头与待测样品载台之间设置有第三会聚透镜。 

上述待测样品载台为可移动平台，由计算机控制可移动平台的水平移动；光纤收集头收集到的光谱信号通过多路光纤传送至光谱仪。 

采用上述单光源双波长激光诱导击穿光谱测量装置进行光谱测量的方法，主要包括以下步骤： 

步骤1、放置待测样品，利用计算机设置同步延迟控制器、光谱仪和移动平台的参数； 

步骤2、脉冲激光器发出高功率激光照射在倍频晶体上，激光束被分为基频光和倍频光，经过分光镜后，基频光和倍频光被分为两个光路；倍频光经第一全反射镜反射后垂直照射在待测样品上，产生等离子体火花；