[发明专利]便携式激光诱导击穿光谱分析装置

说明书

技术领域

本发明涉及元素光谱分析技术领域，尤其涉及一种便携式激光诱导击穿光谱分析装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术是一种基于原子发射光谱的检测技术，即依靠高能量的激光脉冲来加热样品表面，使得样品表面微粒获得足够的能量脱离表面进而击穿得到等离子体，探测原子发射光谱。由于其检测速度快，能够分析气体、液体、固体，能够进行全元素分析，能够远程检测等一系列优点，激光诱导击穿光谱技术可以被广泛应用于环境监测、生物医学、地质研究等许多领域。针对考古学、建筑、文物检测、艺术品鉴定等取样不便和工业上实地抽样检测要求，便携式激光诱导击穿光谱系统具有体积小、携带方便、轻盈等特点，成为解决上述问题的选择。

现有的激光诱导击穿光谱分析装置通常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发出高能短脉冲，由透镜R2聚焦于待测样品表面R3，产生激光等离子体，其发射谱线由准直器R4准直，再耦合入光纤R5，最终传输入光谱仪R6进行分析。

现有的透射式非同轴结构激光诱导击穿光谱分析装置存在如下缺点：

(1)原子发射光谱范围一般在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昂贵，大大提高了成本；

(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，增加了仪器的成本，降低了安全性；

(3)现有的大部分激光诱导击穿光谱分析仪体积较大，多为台式，不适合搬运操作。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种便携式激光诱导击穿光谱分析装置。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种便携式激光诱导击穿光谱分析装置，包括激光器，分束单元，反射镜组，离轴抛物面镜和光谱仪；所述激光器出射的激光经所述分束单元平行透射到所述反射镜组，经所述反射镜组反射后聚焦于待测样品表面；所述待测样品发出的信号光经所述反射镜组反射后平行出射到所述分束单元，所述激光与信号光在所述分束单元与所述待测样品之间的光路同轴，经所述分束单元反射到所述离轴抛物面镜，经所述离轴抛物面镜反射后传输至所述光谱仪。

进一步地，所述反射镜组包括第一球面镜和第二球面镜；激光器出射的激光经所述分束单元平行透射到所述第一球面镜，经所述第一球面镜反射到第二球面镜，经所述第二球面镜反射后聚焦于测试样品表面；所述待测样品发出的信号光传输至第二球面镜，经第二球面镜反射到第一球面镜，经第一球面镜反射后平行出射至分束单元。

进一步地，所述分束单元为二向色镜，所述二向色镜将入射的激光和由反射镜组反射出的信号光分束；所述二向色镜对所述激光高反且对所述信号光高透，或对所述激光高透且对所述信号光高反；所述激光入射所述二向色镜的入射角为45度，分束后的激光和信号光相互垂直。

进一步地，所述装置还包括负透镜，所述负透镜放置于所述激光器和所述分束单元之间；所述激光器出射的激光通过所述负透镜，经所述分束单元平行透射到所述反射镜组，经所述反射镜组反射后聚焦于待测样品表面；所述待测样品发出的信号光经所述反射镜组反射后平行出射到所述分束单元，经所述分束单元反射后，直接聚焦耦合入光纤，传输至所述光谱仪。

进一步地，所述装置还包括控制盒，所述控制盒连接激光器和光谱仪；所述控制盒为激光器提供电源并控制激光器产生激光；所述光谱仪通过控制盒进行光谱分析与显示。

进一步地，所述装置还包括光纤头和光纤，所述信号光经所述离轴抛物面镜反射后聚焦于所述光纤，耦合入光纤，导入所述光谱仪。

进一步地，所述装置还包括前缘和手柄；所述激光经所述反射镜组反射后聚焦于前缘，测量时，待测样品与前缘紧靠；所述装置还包括激光控制接口，电源接口和光谱仪连接口；均连接于所述控制盒上的对应接口。

有益效果：本发明的技术方案包括以下优点：

1.本发明装置为反射式同轴结构，在收集存在一定带宽的信号光光谱信息时，不会产生色差，且增大了光谱接收的空间角度，从而极大程度上提高了光谱收集效率；

2.本发明装置反射同轴结构利用两个球面镜，增大了聚焦于样品的数值孔径，从而减小了焦斑，增大了作用于样品表面的激光能量密度，降低了对激光器的能量要求，提高了安全性并降低了设备成本；