[发明专利]一种LIBS‑Raman联合的水下原位探测装置及探测方法

权利要求书

1.一种LIBS-Raman联合的水下原位探测装置，其特征是，包括工作舱本体，该装置将激光诱导击穿光谱和激光拉曼光谱集合于同一个密封舱，工作舱本体前端设置LIBS聚焦视窗、Raman聚焦视窗，工作舱本体内设有单脉冲全固态激光器、LIBS-Raman前置光路、LIBS光谱仪、Raman光谱仪和电子控制模块，所述LIBS聚焦视窗和Raman聚焦视窗与LIBS-Raman前置光路相对应，所述单脉冲全固态激光器作为激发光源，通过LIBS-Raman前置光路聚焦于水下并完成相应信号的收集，之后信号进入LIBS光谱仪或Raman光谱仪进行探测，所述激光诱导击穿光谱LIBS和激光拉曼光谱Raman均采用单脉冲全固态激光器作为激发光源，所述电子控制模块与单脉冲全固态激光器、LIBS-Raman前置光路、LIBS光谱仪和Raman光谱仪之间电连接。

2.根据权利要求1所述的一种LIBS-Raman联合的水下原位探测装置，其特征是，所述电子控制模块包括供电模块、控制模块和通讯模块，供电模块、控制模块和通讯模块之间电连接。

3.根据权利要求1所述的一种LIBS-Raman联合的水下原位探测装置，其特征是，所述单脉冲全固态激光器发射的基频光的波长为1064nm，能量最大为80mJ，经二倍频晶体后基频光转变成532nm激光用于激光拉曼光谱探测。

4.根据权利要求3所述的一种LIBS-Raman联合的水下原位探测装置，其特征是，所述LIBS-Raman前置光路包括共同的二倍频晶体和谐波分束镜，沿着光的射线方向，谐波分束镜位于二倍频晶体的后方，谐波分束镜与入射光线之间的夹角为45°；

其中，LIBS前置光路还包括：

透过谐波分束镜的1064nm激光依次经过第一长波通二向色镜和第一会聚和收集透镜，第一长波通二向色镜与谐波分束镜平行，激光经过第一会聚和收集透镜后聚焦于水中，产生的信号光经过第一会聚和收集透镜到达第一长波通二向色镜反射至宽带介质膜反射镜，宽带介质膜反射镜反射的信号光的方向上设有第一光纤耦合透镜，第一光纤耦合透镜将光线会聚后进入LIBS信号传输光纤，之后导入LIBS光谱仪，实现LIBS信号的探测；

Raman前置光路还包括：

在谐波分束镜反射532nm激光的方向上设有与谐波分束镜平行的第二长波通二向色镜，第二长波通二向色镜反射激光的方向上设有第二会聚和收集透镜，第二会聚和收集透镜将第二长波通二向色镜反射的光聚焦到待测水体中，拉曼信号和水体的瑞利散射由第二会聚和收集透镜收集，然后依次经过第二长波通二向色镜、高通滤波片、第二光纤耦合透镜，最后耦合到Raman信号传输光纤，导入Raman光谱仪，实现Raman信号的探测。

5.根据权利要求4所述的一种LIBS-Raman联合的水下原位探测装置，其特征是，所述谐波分束镜为Nd:YAG谐波分束镜。

6.根据权利要求1所述的一种LIBS-Raman联合的水下原位探测装置，其特征是，所述LIBS光谱仪的光谱范围为200～800nm，光谱分辨率0.7nm；

所述Raman光谱仪的光谱范围0-4500cm^-1，光谱分辨率10cm^-1。

7.一种LIBS-Raman联合的水下原位探测方法，其特征是，具体步骤如下：

采用权利要求1-5任一项所述的一种LIBS-Raman联合的水下原位探测装置，打开一种LIBS-Raman联合的水下原位探测装置开关，将单脉冲全固态激光器选择为外触发模式，通过控制程序将密封舱内的单脉冲全固态激光器打开并始终保持其正常工作，单脉冲全固态激光器发射触发信号，在产生触发信号后延时t1发射激光脉冲，通过LIBS-Raman前置光路聚焦于水下并完成相应信号的收集；

LIBS光谱仪采用外触发模式，由激光器的触发信号对光谱仪进行触发，在激光脉冲发射后时间间隔t2，打开LIBS光谱仪，LIBS光谱仪采集时间为t3，之后关闭，可获得LIBS信号；Raman光谱仪采用内触发模式，在激光器开启后通过控制程序开启Raman光谱仪，可获得激光拉曼光谱信号。

8.根据权利要求7所述的一种LIBS-Raman联合的水下原位探测方法，其特征是，所述t1在0.8～4.4μs之间设置。