[发明专利]多点双焦同时激发的激光诱导击穿光谱增强测量系统

说明书

本发明公开了一种多点双焦同时激发的激光诱导击穿光谱增强测量系统，以单束高能激光脉冲均分为多束，在双焦平面产生多个聚焦作用点同时激发被分析样品及环境气体，形成近似面源的激光等离子体光谱发射，实现单束高能激光脉冲的高效利用与激光等离子体光谱增强激发，有效地实现了水体/土壤/固体废弃物/合金等样品的激光等离子体光谱测量。本发明不仅增大了激光等离子体发射面积，缩小了单束高能激光脉冲单点作用创面，增强了激光等离子体发射强度，而且增加了样品数据代表性和光谱稳定性，降低了样品不均匀性与单束高能激光脉冲单点作用对光谱重复性和材料结构特性的影响，适用于激光诱导击穿光谱技术在不同测量领域中的应用。

技术领域

本发明涉及光谱测量系统领域，具体是一种多点双焦同时激发的激光诱导击穿光谱增强测量系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术是一种元素快速分析手段，主要是基于激光与物质相互作用产生激光等离子体光谱，通过对特征谱线强度、位置及形状等分析实现元素的定性与定量，具有分析简便、无需样品预处理、多元素同时测量等优点，在环境监测、工业过程控制、生物医学及材料分析等领域均有大量研究工作开展。

现有技术特征分析：

1.应用问题：目前存在稳定性差、重复性差、检测限高等应用问题，制约了该项技术的应用。

2.研究方法：由于激光等离子体发射持续时间较短，元素谱线强度较弱，尤其在液体样品中；众多研究学者开展了不同的激光等离子体光谱增强方法研究，如：双脉冲激发、空间约束、磁约束、火花放电辅助、加缓冲气体、液-固样品转化等，以实现光谱信号的高灵敏探测，提高测量的稳定性与重复性，并降低检测限。

3.作用方式：将高能量的激光脉冲聚焦后直接作用在被分析对象表面，无论是单脉冲还是双脉冲，激光作用点仅为一个，如果被分析样品不均匀，则测量数据的代表性较差，也导致了重复性变差，目前是通过扫描的方式即转动样品，进行不重复打点来降低样品不均匀性。

4.能量利用：激光等离子体形成后，由于屏蔽效应，高能量的激光脉冲并不能得到充分利用，即随着激光脉冲能量的增加，激光等离子体光谱强度并非线性增长，而是呈现出饱和趋势。

5.能量耗散：单脉冲能量增加到一定程度之后，多余的能量则以热的形式耗散，不仅使激光作用点的尺寸增大，而且将影响作用点周围材料结构特性，对材料造成一定程度的破坏。

因此，发展激光诱导击穿光谱测量新方法，充分利用激光脉冲能量，增强激光等离子体光谱发射强度，降低样品不均匀性测量误差，减小激光作用点周围材料的影响，并增加激光等离子体光谱稳定性，对激光诱导击穿光谱技术的发展与应用将具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种多点双焦同时激发的激光诱导击穿光谱增强测量系统，以解决现有技术激光诱导击穿光谱单点激发数据代表性差、高能激光脉冲不能充分利用以及对分析样品产生较大尺寸破坏的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

多点双焦同时激发的激光诱导击穿光谱增强测量系统，其特征在于：包括：

激光光源系统，其发射激光脉冲；

光束整形、分束及聚焦系统，其由光束整形部件、光束分束部件、光束聚焦部件构成，光束整形部件接收激光光源系统发射的激光脉冲，并对激光脉冲进行整形，光束分束部件将整形后的激光脉冲分束为多个子光束激光脉冲，光束聚焦部件将多个子光束激光脉冲同时聚焦成至少两个相互平行的焦平面，每个焦平面上均具有多个聚焦点，其中一个或多个焦平面落在被测样品表面以激发被测样品产生激光等离子体光谱，另一个或多个焦平面落在被测样品表面环境气体中以同时激发环境气体产生激光等离子体光谱，形成近似面源的多点双焦同时激发的产生激光等离子体光谱发射；