[实用新型]一种多分光镜式高灵敏度同轴光学镜筒

说明书

本实用新型提供一种多分光镜式高灵敏度同轴光学镜筒，包括第一多分光镜立方（1）、反射式物镜（2）、第二多分光镜立方（3）、离轴反射镜模块（4）、带照明功能成像模块；第一多分光镜立方（1）用于反射激光和透射光谱；第二多分光镜立方（3）连接带照明功能成像模块用于观察和激光对焦，连接离轴反射镜模块（4）用于采集光谱信号。本实用新型通过反射式光谱收集光路，镜片切换，分次实现UV‑VIS‑NIR全光谱分析，光谱信号损失小，具有较高的空间分辨率，且几乎完全屏蔽环境光及杂散光。本实用新型解决了现有技术，难以兼顾UV‑VIS‑NIR全光谱分析与高空间分辨率及光谱分析灵敏度、系统光路对焦困难、易受环境光干扰的技术问题。

技术领域

本实用新型涉及激光光谱分析技术领域，具体涉及一种多分光镜式高灵敏度同轴光学镜筒。

背景技术

微区激光诱导击穿光谱（micro laser-induced breakdown spectroscopy，简称微区LIBS）技术基于原子发射光谱分析原理，将脉冲激光束聚焦至样品表面，烧蚀微区物质产生发光等离子体，通过分析等离子体辐射的原子、离子及分子光谱获知物质微区元素成分及含量。微区LIBS技术具有可分析包括氢的全部元素、可分析不导电及难熔材料、无需真空、分析速度快等优点，空间分辨率可至1~5微米，深度分辨率可至亚微米级别，是一种具有独特优点的新型表面成分分析方法。

光学系统是微区LIBS系统的主体与核心，它一般由微区光学成像、激光微区聚焦、微区光谱分析三大功能模块组成。微区光学成像模块实际为一种无限筒长的光学显微镜，功能是观察样品表面，寻找并对准待分析微区。激光微区聚焦模块功能是烧蚀待分析微区物质并激发出等离子体。微区光谱分析模块功能是收集等离子体辐射的光谱信号，通过光纤送入光谱仪分析。上述三大模块的集成设计，是微区LIBS光学系统设计的关键。

在三大模块的集成设计中，微区光学成像与激光微区聚焦模块的集成一般采用同轴设计，两者共用物镜光轴，在物镜后方采用45度分光镜分离两者光路。微区光谱分析模块的集成则存在同轴设计与旁轴设计两种。在旁轴设计中，微区光谱分析模块与微区光学成像、激光微区聚焦模块相分离，具有独立的斜入射式光路。旁轴设计优点是光谱收集光路不受微区光学成像、激光微区聚焦模块内分光镜的通光范围限制，易于设计，并可工作于UV-VIS-NIR全光谱范围；其缺点是与激光微区聚焦模块存在空间竞争，使两者数值孔径均难以做大，从而影响微区LIBS的空间分辨率与光谱收集效率，并且旁轴光路对振动敏感，系统稳定性一般。在同轴设计中，微区光谱分析模块与微区光学成像、激光微区聚焦模块相集成，三者共用物镜光轴，在物镜后方采用两块45度分光镜一一分离三者光路。与旁轴设计相比，同轴设计可用更大数值孔径物镜，空间分辨率高，集光力强，系统稳定性好，但微区光谱分析模块的通光范围受两块45度分光镜及其它光学镜片的限制，难以做到UV-VIS-NIR全光谱分析。因此，寻找方案改进上述缺点，有利于促进同轴式微区LIBS的实用化。