[发明专利]正交双脉冲激光诱导击穿光谱系统及信号稳定性增强方法

说明书

本发明公开了一种正交双脉冲激光诱导击穿光谱系统及信号稳定性增强方法，沿第二束激光脉冲方向上依次设有扩束镜和组合透镜；其中，所述扩束镜用于调整聚焦角度，以寻找各聚焦角度下沿所述第二束激光脉冲方向，且等离子体信号相对标准差最小的焦平面；将等离子体信号相对标准差最小对应的聚焦角度和焦平面作为所述光谱系统检测的最优条件。本发明通过优化第二束激光的聚焦角度和焦平面位置，提高再加热等离子体信号的强度和稳定性，进而可以获得高信噪比和高稳定性的LIBS信号。

技术领域

本发明属于正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术领域，尤其涉及一种正交双脉冲激光诱导击穿光谱系统及信号稳定性增强方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

激光诱导击穿光谱技术(Laser-induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是一种多元素原子光谱分析技术。LIBS的工作原理是：将高能激光脉冲聚焦于待测样品表面，使样品表面物质被加热烧蚀、激发产生等离子体。等离子体在冷却过程中，被激发的元素向外辐射出光子，通过分析光谱的频率和强度，可以对元素进行定性和定量分析。LIBS技术具有测量快速、样品预处理简单、全元素分析等诸多优点，在煤炭在线检测、冶金检测、环境监测和太空探索等领域有较高的发展潜力。

对于煤炭等复杂样品，由于基体效应等因素的影响，LIBS技术的重复性和元素检测限还需要进一步改进。再加热双脉冲LIBS是提高LIBS信号的强度的有效方法。相较于信号增强的研究，对于再加热双脉冲LIBS信号稳定性的研究还相对较少。因此，有必要找出影响再加热双脉冲LIBS的信号稳定性的因素，并找出提高再加热双脉冲LIBS信号稳定性的方法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种正交双脉冲激光诱导击穿光谱系统及信号稳定性增强方法，通过优化第二束激光的聚焦角度和焦平面位置，提高再加热等离子体信号的强度和稳定性，进而可以获得高信噪比和高稳定性的LIBS信号。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种正交双脉冲激光诱导击穿光谱系统，沿第二束激光脉冲方向上依次设有扩束镜和组合透镜；其中，所述扩束镜用于调整聚焦角度，以寻找各聚焦角度下沿所述第二束激光脉冲方向，且等离子体信号相对标准差最小的焦平面；将等离子体信号相对标准差最小对应的聚焦角度和焦平面作为所述光谱系统检测的最优条件。

进一步地，所述组合透镜包括双胶合消色差透镜和平凸透镜。

进一步地，所述聚焦角度为：

其中，d表示激光脉冲经扩束镜放大后的光束直径，l表示光束经过组合透镜后，焦点与组合透镜的距离。

进一步地，所述光谱系统还包括增强电荷耦合器件，用于采集等离子体信号的图像。

进一步地，等离子体信号相对标准差最小对应的聚焦角度和焦平面确定方法为：

在每个聚焦角度下，沿第二束激光方向，将焦平面依次沿激光前进方向改变，对等离子再加热，获取该聚焦角度下各焦平面位置对应的等离子体信号相对标准差，寻找该聚焦角度下的最小相对标准差；

将每个聚焦角度下的最小相对标准差进行比较，确定其中最小相对标准差值对应的聚焦角度和焦平面位置。

进一步地，在设定聚焦角度和焦平面条件下，最小相对标准差计算方法为：

连续获取多次等离子体图像；

对多个图像的每个像素点，分别计算相对标准差；

对整幅图像中每个像素点的相对标准差求平均值，得到整幅图像的相对标准差。