[实用新型]一种反射式同轴结构激光诱导击穿光谱分析装置

说明书

技术领域

本实用新型属于元素光谱分析技术领域，特别涉及一种反射式同轴结构激光诱导击穿光谱分析装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱分析技术被广泛应用于地球污染、地质研究、工业制造等领域，可对元素进行定性和定量分析，如用于金属合金分析、核废料处理、生物医学、食品安全研究、重金属污染检测、空气环境监控等。激光诱导击穿光谱技术是一种以激光作为激发源诱导产生激光等离子体的原子发射光谱分析方法，基于激光与物质相互作用和光谱学的元素成分和浓度分析技术，通过将一束高能量短脉冲的激光束聚焦到待检测的样品上，产生高温高密度且由自由电子、离子和原子组成的激光等离子体，然后对等离子体辐射光谱进行分析得到检测结果。

现有的激光诱导击穿光谱分析装置通常为采用透射式非同轴结构，即激光聚焦或光谱收集元件为透射式光学元件，且激发光路和信号光路非同轴。如图1所示，激光器R1发出的高能量短脉冲激光通过透镜R2聚焦到测试样品R3表面产生高温高压的激光等离子体，该等离子体的原子特征光谱，经过准直器R4耦合入光纤R5，最终传输至光谱仪R6；通过软件对采集到的特征光谱进行分析，计算出元素的成分和含量。

现有的透射式非同轴结构激光诱导击穿光谱分析装置还存在如下缺陷：1.原子发射光谱的范围一般在200~800nm，采用透射元件作为宽光谱收集元件难以消除色差，使各波长光谱收集效率不一致，同时宽光谱复消色差元件的价格高昂，加大了仪器成本；2. 激发光路和收集光路非同轴的设置限制了采集光谱的接收面积，降低了激光等离子体半球发射光谱的利用率，以至于需要更高能量的激光器，大幅提高了仪器的成本。

实用新型内容

为了克服前述现有技术中透射式非同轴结构激光诱导击穿光谱分析装置存在的缺陷，本实用新型实施例提供了具有反射式同轴结构的激光诱导击穿光谱分析装置，可极大的提高光谱收集效率。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供的激光诱导击穿光谱分析装置，包括激光器、载物台、光谱仪、分束单元和第一离轴抛物面镜；所述激光器出射的激发光沿激发光路聚焦于所述载物台放置的待测样品表面，所述待测样品发出的信号光沿信号光路返回并导入所述光谱仪；所述激发光和信号光在所述分束单元与所述待测样品之间光路同轴且传播方向相反；自所述分束单元出射的准直的激发光经第一离轴抛物面镜反射后可聚焦于所述待测样品表面，所述信号光经第一离轴抛物面镜反射后准直入射所述分束单元；自所述分束单元出射的信号光与激发光分束。

优选地，所述装置还包括主机，所述主机分别连接所述激光器和光谱仪，所述激光器和光谱仪通过所述主机实现互连。

优选地，所述装置还包括连接所述光谱仪的光纤，自所述分束单元出射的信号光聚焦并耦合入所述光纤，所述光纤将耦合的所述信号光导入所述光谱仪。

优选地，所述激光器为Nd:YAG脉冲激光器，所述激发光波长为1064nm，所述信号光波长200~800nm。

优选地，所述激光器和所述分束单元之间的所述激发光路中设置有激光扩束镜。

优选地，所述激光器和所述分束单元之间所述激发光路中设置用于偏转光路的光束偏转单元；进一步优选地，所述光束偏转单元可以是一个或多个平面反射镜。

优选地，所述分束单元为二向色镜或带孔的平面反射镜；所述二向色镜将入射的所述激发光与信号光分束；所述激发光从所述带孔的平面反射镜的通孔中穿过，沿信号光路返回的所述信号光在通孔之外的反射面反射；进一步优选地，所述装置还包括第二离轴抛物面镜，所述第二离轴抛物面镜将自所述分束单元出射的准直的信号光反射聚焦并导入所述光谱仪。

作为二向色镜的优选，其对所述激发光高反且对所述信号光高透，或对所述激发光高透且对所述信号光高反。

作为分束单元的另一优选，所述分束单元为带孔的离轴抛物面镜；所述激发光从所述带孔的离轴抛物面镜的通孔中穿过，沿信号光路返回的所述信号光在通孔之外的反射面反射聚焦并导入所述光谱仪。

本实用新型实施例的上述技术方案的有益效果为：

1. 激发光路和信号光路反射式同轴的结构使激光诱导击穿光谱分析装置能消除宽带光谱收集时的色差、增大光谱接收面积，从而极大地提高了仪器的光谱收集效率；

2. 激光诱导击穿光谱分析装置采用激光扩束镜，可增大传输激光的束腰直径，可缩小激光的远场发散角，再经由聚焦元件汇聚，可获得更小的焦斑尺寸，从而具有更高的激光功率密度，更容易激发局部的激光等离子体；