[发明专利]一种在微米尺度下激光离焦量自动调节装置及其调节方法

说明书

本发明涉及原子发射光谱检测技术领域，特别涉及一种在微米尺度下激光离焦量自动调节装置及其调节方法。所述装置包括一激光笔，激光笔发射光束的中心轴上配置了一个光束整形系统和一块分束镜，分束镜与激光笔的光束夹角为45°，分束镜上下侧设有用于对样品表面形貌进行观察及对样品表面激光笔光斑进行探测的显微成像光学系统，显微成像光学系统的下方设有用于承载样品的三维载物台，显微成像光学系统和三维载物台均与控制主机电性连接。显微成像光学系统包括位于分束镜上下侧的CCD相机和显微物镜。本发明能利用CCD相机实时获取图像，实时判断，实时对激光离焦量进行校正，对于保证激光在样品上产生等离子体形貌的一致性具有重要意义。

技术领域：

本发明涉及原子发射光谱检测技术领域，特别涉及一种在微米尺度下激光离焦量自动调节装置及其调节方法。

背景技术：

激光诱导击穿光谱微区分析技术具有分析速度快、样品制备简单、使用和维护较方便等优点，能弥补传统微区分析方法的不足。近年来，得到了很高的关注。激光与物质的相互作用的微观机理比较复杂，激光在样品表面离焦量的不同，直接导致激光聚焦在样品表面的功率密度的不同，使得所激发的等离子体内部参数(电子密度、等离子温度、离子密度等)以及所产生的等离子体形貌有较大的差异。在具体微区分析中，激光光束一般通过显微物镜紧聚焦在样品表面，使得产生的等离子形态对样品表面的离焦量异常敏感，导致探测器所采集到的光谱谱线不稳定，极大的影响物质成分定性定量分析的结果。

发明内容：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种在微米尺度下激光离焦量自动调节装置及其调节方法，主要应用在LIBS系统在微米尺度下对金属、半导体、动植物标本等进行扫描分析时，激光光束离焦量高精度自动调节，大大提高了调焦的精准度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种在微米尺度下激光离焦量自动调节装置，包括一激光笔，所述激光笔发射光束的中心轴上配置了一个光束整形系统和一块分束镜，所述分束镜与激光笔的光束夹角为45°，所述分束镜上下侧设有用于对样品表面形貌进行观察及对样品表面激光笔光斑进行探测的显微成像光学系统，所述显微成像光学系统的下方设有用于承载样品的三维载物台，所述显微成像光学系统和三维载物台均与控制主机电性连接。

所述显微成像光学系统包括CCD相机和显微物镜，所述分束镜的上侧且垂直于激光笔光束中心轴方向设置CCD相机，所述分束镜的下侧且垂直于激光笔光束中心轴方向设置显微物镜，所述显微物镜连接有压电陶瓷，所述CCD相机和压电陶瓷均与所述控制主机电性连接。

所述分束镜将所述激光笔的部分光束通过显微物镜汇聚在样品表面，且通过透射部分聚焦光斑折返光束，减弱所述CCD相机所探测到的光斑亮度。

所述压电陶瓷可以驱动所述显微物镜上下移动，实现激光离焦量快速调节。

所述三维载物台在调焦量超过所述压电陶瓷行程时，能控制样品上下移动，使所述压电陶瓷工作在预定的行程范围内。

所述光束整形系统对所述激光笔产生的光路进行调节，使所述激光笔产生的光束在样品上聚焦变化率最大处的光斑尺寸与激光器产生稳定等离子体的位置一致。

一种所述的在微米尺度下激光离焦量自动调节装置的调节方法，首先，建立激光离焦量与图片区域亮斑像素点个数的模型，再进行调节，具体调节方法，包括以下步骤：

步骤1)：利用CCD相机采集N张图；

步骤2)：求解N张图片的平均亮斑的像素点个数；

步骤3)：利用激光离焦量与图片区域亮斑像素点个数的模型，计算激光离焦量；

步骤4)：驱动三维载物台和压电陶瓷进行自动调焦；

步骤5)：重复以上步骤1、2、3和4，当步骤3所获得的调焦量小于1μm时，则表明本次调焦结束。