[发明专利]结合预烧蚀和再加热的三脉冲LIBS探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光光谱探测系统，尤其涉及一种结合预烧蚀技术和再加热技术的三脉冲激光诱导击穿光谱(Triple-Pulse Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，简称TP-LIBS)探测系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱(LIBS(探测技术是利用高能量短脉宽的脉冲激光，经过聚焦照射到被测物体表面，在焦点上获得极高能量密度的激光脉冲，使照射目标表面烧蚀、蒸发、电离，形成高温、高压、高电子密度的等离子体火花，辐射出包括特征原子和离子谱线的光谱，可以用于探测物质组成。

单脉冲LIBS容易受到被测物体表面附着物和被测物体的基体效应的影响，测量结果有一定的随机性，重复性差，检测限高。

现有的公开文献中，改进的方法是采用双脉冲LIBS，包括预烧蚀双脉冲LIBS和再加热双脉冲LIBS。预烧蚀是指先利用脉冲激光击穿样品表面附近的空气，然后用激光对样品进行烧蚀，产生等离子体。采用预烧蚀双脉冲LIBS，可以去除被测物表面杂质对探测的影响，增强特征光强度，降低检测限，提高信噪比。再加热是指先到达样品表面的脉冲激光对直接对样品烧蚀产生等离子体，后达到的脉冲激光对等离子继续加热。再加热双脉冲LIBS使得等离子体更加接近局部热平衡状态，可增强发射光谱信号强度，提高了信号的稳定性，降低了测量的相对偏差。

为了进一步提高LIBS探测的准确性，本文提出了一种结合预烧蚀和再加热技术的三脉冲激光诱导击穿光谱探测方法，可同时有效降低被测物表面杂质对探测结果影响和提高发射光谱信号强度和稳定性，更有效的提高信噪比和测量的准确性。

发明内容

本专利的目的在于提供一种结合预烧蚀和再加热技术的三脉冲激光诱导击穿光谱探测系统，以同时解决被测物表面杂质及空气等对探测准确性的影响、发射光谱信号强度微弱和不稳定的问题，进一步提高LIBS探测的信噪比和精度。

结合预烧蚀和再加热技术的三脉冲LIBS探测系统包括主发射部分、辅助发射部分和光辐射收集部分。主发射部分由固体脉冲激光器B12、反射镜11、扩束镜B10和聚焦透镜B9组成，用于生成等离子体，产生LIBS效应；辅助发射部分由固体脉冲激光器A1、分束镜3、光学延迟线2、合束镜4、扩束镜A5和聚焦透镜A6组成，起预烧蚀和对等离子体再加热的作用；光辐射收集部分由收集透镜17、光纤支架16、光纤15、光纤光谱仪13组成，用于接收LIBS信号。

本专利是这样来实现的，其特征如下：

计算机14控制固体脉冲激光器A1产生一束水平方向的脉冲激光，经分束镜3分成两路，第一路脉冲激光沿原方向，直接通过合束镜4、扩束镜A5和聚焦透镜A6把激光能量聚焦到载物平台7上的样品8表面上方1mm处，脉冲激光击穿表面的空气，改变样品8表面的环境以及对样品8表面预烧蚀；第二路脉冲激光经分束镜3反射后进入光学延迟线2。

计算机14控制固体脉冲激光器B12发出的脉冲激光经反射镜11反射后，依次通过扩束镜B10和聚焦透镜B9后会聚到样品8表面下方3mm处，灼烧样品8，生成等离子体，产生LIBS效应。

光学延迟线2输出的激光进入合束镜4后，和第一路脉冲激光同用一个光路，通过扩束镜A5和聚焦透镜A6水平聚焦到样品8表面上方，对已产生的等离子体后续加热。

LIBS信号经过收集透镜17聚焦在安装在光纤支架16上的光纤15的端面上,由计算机14控制光纤光谱仪13进行光谱信号采集及分析。

本发明的优点在于：该方法实现了将预烧蚀双脉冲LIBS技术和再加热双脉冲LIBS技术相结合，在降低被测物表面杂质对探测结果影响的同时，提高发射光谱信号强度和稳定性，从而更有效的提高信噪比和LIBS探测的准确性，降低了物质元素的检测限。

附图说明

图1为本专利的原理图，图中：1——固体脉冲激光器A；2——光学延迟线3——分束镜；4——合束镜；5——扩束镜A；6——聚焦透镜A；7——载物平台；8——样品；9——聚焦透镜B；10——扩束镜B；11——反射镜；12——固体脉冲激光器B；13——光纤光谱仪；14——计算机；15——光纤；16——光纤支架；17——收集透镜。

具体实施方式