[实用新型]基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光谱分析技术领域，涉及一种激光光谱分析技术，尤其是一种基于单光束分束技术产生双光束的激光诱导击穿光谱分析技术，具体涉及一种双光束激光诱导击穿光谱分析方法及其实施装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术是一种新型原子发射光谱技术，该技术凭借着检测速度快、多组分同时测定、具备现场原位分析能力和无需复杂的样品前处理等优势，广泛应用于油气开采、地质勘探、冶金电力和环境监测等诸多领域。但是近几年来，其较低的灵敏度和较高的检出限已经成为制约LIBS技术发展的瓶颈，因此得到广大LIBS研究人员的高度重视。目前针对此类问题的解决方案主要包括：

1. 基于微波辅助的信号增强方法：该方法在待测样品周围加入微波能量，通过改变激光诱导等离子体的生存环境，实现了对LIBS光谱信号的增强；

2. 基于高压放电辅助的信号增强方法：该方法在激光诱导等离子体处加入两个高压电极，通过高压放电对等离子体实现二次激发，实现了对LIBS光谱信号的增强；

3. 基于激光双脉冲的信号增强方法：该方法利用两个激光器和一个延时器产生两个具有一定延迟时间(微秒级)的激光脉冲，通过两个激光脉冲先后与样品或激光诱导等离子体进行作用，实现对等离子体的二次激发，提升了LIBS光谱信号的强度。

上述解决方案在不同程度上提升了LIBS光谱信号的强度，虽然实现方法有所不同，但是其基本原理同属一类，即基于第二个激发源所提供的额外能量(例如微波、高压放电、脉冲激光等)，增加激光诱导等离子体的激发效率，进而达到提升LIBS的灵敏度和降低检出限的目的。由此可见，此类方案实现的先决条件是：在原有的LIBS系统上增加一个激发源，为等离子体提供额外的激发能量。然而所增加的激发源将为LIBS系统增加额外的装置或附件(例如微波腔体、微波发生器、高压脉冲电源、激光谐振腔、泵浦灯水冷装置等)，此类装置或附件，体积较大、结构复杂并且价格昂贵，势必会增加LIBS系统的实现成本和实验装置的复杂程度，这将不利于LIBS信号增强技术以及相关装置的推广与应用。

发明内容

针对上述现有LIBS信号增强技术的现状和存在的问题，本实用新型的目的旨在提供一种全新结构的基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，以丰富LIBS信号增强的方式，克服现有LIBS信号增强技术存在的实施装置结构复杂，装置成本高等问题。

用于实现本实用新型上述目的的基于单束光分束的激光诱导击穿光谱分析装置，主要包括光路相应联接的激光源、激光分束装置、直路光学传输装置、旁路光学传输装置，以及光纤探测器、光谱仪和数据分析器，所述激光分束装置将激光源发射的一束激光分成两束激光，其中一束激光由直路光学传输装置聚焦后垂直入射到样品表面，另一束激光由旁路光学传输装置调整激光入射角度至与垂直入射激光在样品表面上的作用点重合的角度并经聚焦入射到样品表面，两束激光共同激发样品产生等离子体，检测窗口对准等离子体的光纤探测器由光纤与光谱仪相连，将等离子体发射光谱耦合进光谱仪，光谱仪通过USB数据线将采集的光谱数据传输给数据分析器对样品成分进行检测分析。

由于本实用新型涉及一种激光光谱类仪器，为了便于表述各装置之间的关系，将装置的入射光方向和节点定义为“光输入接口”，将装置的出射光方向和节点定义为“光输出接口”，当前一个装置的“光输入接口”与紧接的后一个装置的“光输出接口”相连时，表示前一个装置输出的光束的方向与后一个装置的光束入射方向相同，并通过入射节点。根据上述定义，本实用新型的实施装置还可描述为：激光源的“光输出接口”与激光分束装置的“光输入接口”连接，激光分束装置将该束激光分成直路激发激光和旁路激发激光两束激光，其中直路激发激光的“光输出接口”与直路光学传输装置的“光输入接口”连接，旁路激发激光的“光输出接口”与旁路光学传输装置的“光输入接口”连接，直路光学传输装置和旁路光学传输的“光输出接口”输出的激光作用到样品表面上同一个点，并产生等离子体；光纤探测器的检测窗口对准等离子体，并经过光纤与光谱仪相连，将等离子体发射光谱耦合进光谱仪，光谱仪通过USB数据线将采集的光谱数据传输给数据分析器，完成对样品成分的分析。

在上述技术方案中，激光源优选能量大于30毫焦，波长为1064nm的脉冲激光，激光源的波长也可以是532nm、355nm或266nm的脉冲激光，只要单束脉冲激光的能量大于30毫焦即可，具体激光源的波长选择和能量选择取决于实际需求。