[实用新型]一种可调再加热双脉冲激光诱导击穿光谱装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光光谱技术领域，特别涉及一种可调再加热双脉冲激光诱导击穿光谱装置。

背景技术

LIBS是Laser-Induced Breakdown Spectroscopy(激光诱导击穿光谱仪)的简称，该技术利用脉冲激光产生的等离子体烧蚀并激发样品(通常为固体)中的物质，并通过光谱仪获取被激发等离子体原子所发射的光谱，以此来识别样品中的元素组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。该技术无需对样品进行预处理，能够快速实现远程、微损对样品元素(尤其是金属元素)进行检测，可用于固体、气体、液体样品的检测。激光诱导击穿光谱的应用领域也十分广泛，如生物医学、考古学、环境监测、水中重金属检测和爆炸物探测等。

比起单脉冲激光诱导击穿光谱，双脉冲激光诱导击穿光谱能够大大增强信号。如公开号CN 102854172A的专利申请提供了一种双脉冲激光诱导击穿光谱仪系统及其光谱分析的方法，所述光谱仪系统包括脉冲激光器、全反射镜、聚焦透镜、样品台、椭圆球面镜、光辐射的光收集系统、光谱仪、计算机、高压脉冲电源；所述脉冲激光器用以产生激光，激光经全反射镜后通过聚焦透镜聚焦作用在位于样品台的样品上；样品经脉冲激光器和高压脉冲电源放电作用后产生的光辐射通过椭圆球面镜反射后再经光收集系统进入光谱仪；所述计算机与脉冲激光器、高压脉冲电源和光谱仪相连，用以负责通信和总调度指挥。

再加热是双脉冲激光诱导击穿光谱的一种垂直工作方式，指对第一束激光激发的等离子体用第二束激光进行再次加热达到增强信号的作用。再加热工作方式比较适合于较脆弱样本信号的增强，如植物叶片、动物组织等。然而，再加热LIBS系统调节参数多、难度大，调节复杂，目前国内尚无相关专利。

实用新型内容

为实现在同一装置上实现激光诱导击穿光谱再加热工作方式，本实用新型公开了一种可调再加热双脉冲激光诱导击穿光谱装置，克服了该工作方式调节困难的问题，可快速、精确地对工作参数进行调节，提高了检测的可重复性，能够在不同的工作参数下获得最佳信噪比。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种可调再加热双脉冲激光诱导击穿光谱装置，包括第一激光器、第二激光器、延时发生器和样品台；所述第一激光器的光路上布置有光路爬高系统，该光路爬高系统用于升高第一激光的光路，使得第一激光由样品台正上方聚焦到样品表面，产生等离子体；所述的延时发生器用于控制第一激光器和第二激光器的触发时序；所述第二激光器的光路上布置有倍频发生器，穿过倍频发生器的第二激光用于再加热所述的等离子体；还包括信号采集和处理系统，根据等离子体冷却发出的特征谱线和第一激光击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。

其中，所述的第一激光器和第二激光器的光路上均设有能量衰减器和用于实时检测记录激光能量的激光能量实时监测系统；所述的第一激光经激光能量实时监测系统出射后进入光路爬高系统；所述的第二激光经激光能量实时监测系统出射后聚焦至等离子体。

当应用激光诱导击穿光谱进行检测时，待检测样本性质不同，其所需的激光能量也不同。为实现如植物叶片、动物组织等脆弱样本的检测或减小激光对样品的损伤，通常需要对激光的能量进行衰减。然而，通过调节激光器电压对能量进行衰减会导致激光能量不稳定，进而影响检测结果。本实用新型采用能量衰减器对激光能量进行衰减，其衰减范围为1％～99％。激光能量实时检测系统主要用于实时检测记录激光的能量，用于判断激光器能量的波动是否出现异常，并进行后序数据分析。当后续进行数据分析时，可根据能量变化，对获得的谱线强度进行补偿。其中，所述的信号采集和处理系统包括：光纤收集系统，用于收集等离子体冷却发出的特征谱线；分光系统，用于对特征谱线进行分光；探测器，用于将分光系统的光信号转换为电信号；样本表面成像系统，用于监控第一激光击打样品位置，得到采样点的空间信息；计算机，根据所述的电信号和采样点的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。

第一激光器发出脉冲激光，经过光学系统，击打到样本上，当能量密度高于激发的阈值时形成等离子体，第二激光器产生的激光对等离子进行再次加热，等离子体冷却发出不同波长的特征谱线，经由光纤收集系统收集，经过分光系统，由探测器探测，并在计算机上显示处理。

优选的，所述的分光系统为中阶梯光栅光谱仪。