[发明专利]基于不同时域双激光光束LIBS光谱谱线增强系统

说明书

本发明涉及一种基于纳秒‑飞秒双激光光束激光诱导等离子体谱(LIBS)光谱谱线增强系统，属于激光等离子体光谱检测领域。其特征在于该系统利用两束不同时域激光对样品进行激发，产生等离子体。通过延时器，控制两激光器的出光时间，使得飞秒激光器比纳秒激光器的触发时间滞后100‑200μs，借助飞秒激光的二次持续激发，达到增强LIBS光谱谱线的效果。系统中还包含三维移动平台、对聚焦模块及光谱仪，可实现样品点的自动对焦、二维平面的移动以及同步谱采集。该增强系统结构清晰、操作简便、可以多点采样并大幅度提高等离子体光谱信号强度，适合对样品中微量元素的检测，提高检测的检测限及定量检测结果，有利于LIBS技术在煤质、药品检测等多个领域中的应用。

技术领域

本发明涉及一种基于不同时域双激光光束LIBS光谱谱线增强系统，属于激光等离子体光谱检测领域。

技术背景

激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)采用聚焦的高能量脉冲激光入射到样品的表面产生等离子体,通过分析该等离子体的辐射光谱,从而推导出样品的元素组成成分及含量。LIBS技术具有很多显著优点：可同时检测多种元素,样品制备简单或无需制备,被分析样品几乎无损,可以实时分析,原位探测和远程探测等。目前该技术已成功应用于高危险的化学和生物分析、地质勘探、艺术品的检测以及深空探测等众多领域。

由于激光烧蚀物质产生等离子体的过程中，分子连续谱造成了较大的基体效应，在实际应用中，由于背景干扰大，LIBS有着元素检出极限差别较大、元素检出限高导致探测灵敏度差的局限性，并且LIBS光谱谱线强度与元素含量相关，含量较低的元素光谱谱线弱，导致谱线分辨困难，容易造成误判。针对以上LIBS的不足，诸多关于LIBS的研究致力于探索激光诱导等离子体产生机理，以增强LIBS的物质特征信号强度，改善LIBS检测的灵敏度和精度为重点研究方向。增强LIBS光谱谱线强度将是改善LIBS功能，拓宽LIBS应用的重大突破点。

为了提高LIBS探测信号的强度，国内外都做了一些比较典型的系统改进及研究。放电增强装置使等离子体在局域放电的环境中，对激光诱导产生的等离子体产生二次激发；空间约束装置使得等离子体内部温度增大并变得更亮，从而释放出更强的原子、离子光谱；但两类都存在着结构复杂、操作繁琐且增强效果有限的不足。对比之下，不同时域的双脉冲激发是一种可改进激光等离子体光谱谱线分辨率及增强效果的方法，通过时序控制，使超连续fs激光连续作用，对产生的等离子体产生稳定的二次激发，明显提高激光诱导等离子体光谱谱线强度。

发明内容

本发明提出一种结构精简、便于操作并且可以明显增强LIBS光谱谱线强度的不同时域双脉冲激发系统。

本发明实现其目的的技术方案是：

本发明的基于不同时域双激光光束LIBS光谱谱线增强系统，包括两个脉冲激光器、皮秒分辨率延时器、光纤光谱仪、特制真空样品室、三维移动平台、聚焦透镜、反射镜、可调节的光纤光学接收系统、气体压力表、真空泵；

所述脉冲激光器为纳秒和飞秒激光器且分别于与延时器连接。

所述纳秒激光器放置于真空样品室左上端；通过调节反射镜角度，使得纳秒激光器出射的激光反射进入激光入射窗口；聚焦透镜位于激光入射窗口正对光路上，低于反射镜放置，使得反射镜反射而来的激光可进入真空腔室内并聚焦在样品表面。

所述飞秒激光器放置于真空样品室正上方，激光出射口竖直向下，与圆柱形样品室中轴共线，使其激光可垂直射入激光入射窗口并聚焦在样品表面。

所述三维移动平台位于特制真空样品室内，通过与距离传感器的闭环连接，可以自动完成样品对焦。

所述可调节的光纤光学接收系统连接特制真空样品室与光谱仪，可以实时采集检测LIBS谱线信号。

所述可调节的光纤光学接收系统包括：光纤聚焦透镜和光纤探头。