[实用新型]深空微区自适应激光光谱及成像探测系统

说明书

本专利公开了一种深空微区自适应激光光谱及成像探测系统，该系统由主控制器、光谱仪、光纤、三维电机驱动器、三维精密电动平台、数字脉冲延迟控制器与光学头部组成。本专利的有益效果是，提供了一种自适应激光光谱及成像探测系统，可在微区分析时自适应地调整聚焦光斑的直径；将电子目镜的区域平均灰度作为扫描成像点强度，同时满足自聚焦和宽谱扫描成像的要求；可同时实现三维空间LIBS元素分析、主动激光拉曼分子分析、高光谱荧光、可见宽谱扫描成像，提供多种信息以进行微区精细探测。

技术领域

本专利涉及一种物质检测系统,尤其涉及一种采用扫描激光诱导等离子体LIBS、激光拉曼成像、激光诱导荧光成像及激光照明面阵宽谱扫描成像的物质检测系统，适用于深空探测行星开放环境下的物质探测，属于行星原位探测领域。

背景技术

对于未来的深空探测，对物质成分探测技术及方法提出了更高的要求，原位精细探测能力是各航天大国瞄准的技术至高点。精细探测即要求激光聚焦点更小，分析的物质量很小，元素及分子种类更丰富，定量化更准确同时又在极高空间分辨成像的监控下进行。

激光诱导等离子光谱(LIBS)、激光拉曼(Raman)及紫外激光诱导荧光为物质成分分析的重要手段，其中LIBS可实现物质组成元素的分析，激光Raman可实现物质分子组成的分析，而紫外激光诱导荧光除了可用于成像以外，还可用于一些元素尤其是稀土元素的分析。深空微区探测中的LIBS及拉曼物质分析比常规的激光光谱应用要求更高，主要面临的挑战及技术难点在于由于测试对象岩石、土壤中含有的矿物质组成复杂，同种矿物颗粒粒径极小。因此，在微区分析时要求激光聚焦光斑在1微米的量级，才能对矿物进行精确的微区分析，对显微光路要求极高，常规的拉曼探头受光纤传输模式的影响，其聚焦光斑受激光模式退化及衍射极限的影响，因此其聚焦光斑常大于5微米，无法满足要求；采用自由光路加短波长激光再加高倍率高数值孔径的显微物镜的综合，理论上可获取极小的聚焦光斑，但由于聚焦景深极小，因此，必须找到微区分析三维结构分析的合适的自聚焦方案，以及保证每点的聚焦光斑大小一致且与设计值相符，同时，如果自聚焦时间长，将使得扫描成像速度受到影响。因此，需要简捷快速的拉曼自聚焦及宽谱扫描成像方式，此外为了系统光路的紧凑，LIBS与拉曼探测也必须复用大部分光学组件。

针对以上深空微区激光光谱探测及成像需求，本专利提出一种采用扫描LIBS、扫描激光拉曼成像、扫描激光诱导荧光成像及面阵宽谱扫描成像的物质检测系统，适用于深空探测行星开放环境下的微区物质探测，可得到微区的三维形貌以及对应的原子、分子分布和稀土类荧光物质分布。

发明内容

本专利的目的在于提供一种深空微区自适应激光光谱及成像探测系统，可精确得到所需要的恒定聚焦光斑尺寸，并在LIBS、拉曼荧光光谱分布探测的同时，获得探测对象的微区三维形貌，满足微区原位物质分析的需求。

本专利提出的自适应激光光谱及成像探测系统由主控制器、光谱仪、光纤、三维电机驱动器、三维精密电动平台、数字脉冲延迟控制器与光学头部组成；

其中光学头部由LIBS激光器、LIBS切入全反镜、切入控制器、紫外拉曼激光器、紫外干涉滤光片、次级电机驱动器、次级直线电动平台、低倍紫外显微物镜、双色镜、长工作距离高倍紫外显微物镜、主电机驱动器、主直线电动平台、紫外瑞利滤光片、比例分光片、显微物镜、管透镜和电子目镜组成；电子目镜内有成像镜头和图像传感器；