[发明专利]手持式LIBS光学系统

说明书

本发明涉及一种手持式LIBS光学系统，包括激光器、检测器，所述光学系统还包括：二色镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜，激光器发射的激光透过二色镜后经第一透镜汇聚将光斑聚焦在样品表面，样品发出的特征光由第一透镜汇聚、二色镜反射后经第二透镜耦合、光纤传输、第三透镜汇聚后到达狭缝；凹面光栅，所述凹面光栅将狭缝出射的特征光分光，并经第四透镜后进入检测器检测；所述狭缝、凹面光栅和检测器的两端位于直径等于所述凹面光栅曲率半径的罗兰圆圆周上；第四透镜，所述第四透镜使得分光后的特征光从凹面光栅经第四透镜到达检测器的光程与从凹面光栅直接到罗兰圆圆周的光程相等。本发明具有体积小、分辨率高、检测波长范围宽等优点。

技术领域

本发明涉及光谱分析领域，特别涉及一种紧凑型手持式LIBS光学系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱仪，简称LIBS，是一种利用脉冲激光产生等离子体烧蚀并激发样品中的物质，通过光谱仪获取被等离子体激发的原子所发射的光谱，以此来识别样品中的元素组成，进而进行材料的识别、分类、定性以及定量分析的仪器，既可以用于实验室，也可以应用于工业现场的在线检测。为了便于现场检测，手持式LIBS应运而生。但目前的手持式LIBS存在以下缺陷：

1.多采用对称或者非对称Czerny-Turner型光学系统，这种系统需要多个准直镜、成像镜，导致仪器结构复杂，体积较大；或者为了减小体积而缩短焦距，而导致分辨率降低；

2.光学系统波长范围较窄，无法覆盖全波段，元素检测种类少。

发明内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种结构简单、体积小、分辨率高、波长范围宽的手持式LIBS光学系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种手持式LIBS光学系统，包括激光器、检测器，所述光学系统还包括：

二色镜，所述激光器发射的激光透过所述二色镜；

第一透镜，透过所述二色镜的激光经所述第一透镜汇聚，将光斑聚焦在样品表面；

第二透镜，样品表面发出的特征光由第一透镜汇聚、二色镜反射后经所述第二透镜耦合进入光纤；

第三透镜，从所述光纤输出的特征光经第三透镜汇聚至狭缝；

凹面光栅，所述凹面光栅将狭缝出射的特征光分光，并经第四透镜后进入检测器检测；所述狭缝、凹面光栅和检测器的两端位于直径等于所述凹面光栅曲率半径的罗兰圆圆周上；

第四透镜，所述第四透镜对光程差进行补偿，使得分光后的特征光从凹面光栅经第四透镜到达检测器的光程与从凹面光栅不经过第四透镜直接到罗兰圆圆周的光程相等。

根据上述的光学系统，优选地，所述第四透镜为柱透镜，所述柱透镜的两端呈楔形。

根据上述的光学系统，优选地，所述柱透镜为平凸柱面镜，邻近凹面光栅的一侧为曲面，对所述特征光进行汇聚。

根据上述的光学系统，可选地，所述柱透镜的焦距也即所述柱透镜到检测器成像面的距离f＝R/(n-1)，R为柱透镜曲面的曲率半径，n为柱透镜材料的折射率。

根据上述的光学系统，优选地，所述柱透镜固定在检测器的表面。

根据上述的光学系统，优选地，所述凹面光栅、第四透镜和检测器构成一组测量光路，所述光学系统包括至少二组测量光路，第一组测量光路的入射光为狭缝出射的特征光，其他组测量光路的入射光为前一组测量光路中凹面光栅的0级光。

根据上述的光学系统，优选地，所述检测器两端在罗兰圆圆周上的位置由波长测量范围决定。

根据上述的光学系统，优选地，所述检测器为阵列探测器。