[发明专利]一种可选双脉冲模式的光纤LIBS探测系统及方法

说明书

本申请涉及激光诊断技术领域，尤其涉及一种可选双脉冲模式的光纤LIBS探测系统及方法，该系统包括集成光纤激光器、光纤LIBS探头、控制检测模块和光纤传输模块；本申请运用所述系统通过所述方法获得不同程度双脉冲增强的等离子体发射光谱信号，并可通过改变遮光板的位置和调节副探头在导轨上的位置来改变主脉冲激光和副脉冲激光的输出激光时序来切换四种双脉冲光纤LIBS探测模式从而多方位的对待测样品进行检测，可以得到明显的特征谱线从而对待测样品的元素种类和含量进行准确的分析。能够减少基质效应对检测的影响，重复性高，光谱信噪比高，分析速度快，测量过程安全可靠，元素检测限高，能够进行远程在线监测。

技术领域

本申请涉及激光诊断技术领域，尤其涉及一种可选双脉冲模式的光纤LIBS探测系统及方法。

背景技术

LIBS是(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)激光诱导击穿光谱学的简称，该技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，利用光谱仪对等离子体发射光谱进行分析，以此来识别样品中的元素组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。自从LIBS技术问世以来，该技术就被公认为是一种前景广阔的新技术，将为分析领域带来众多的创新应用。LIBS作为一种新的材料识别及定量分析技术，既可以用于实验室，也可以应用于工业现场的在线检测。其主要特点为：快速直接分析，几乎不需要样品制备；可以检测几乎所有元素；可以同时分析多种元素；基体形态多样性-可以检测几乎所有固态样品。LIBS弥补了传统元素分析方法的不足，尤其在微小区域材料分析、镀层/薄膜分析、缺陷检测、珠宝鉴定、法医证据鉴定、粉末材料分析、合金分析等应用领域优势明显，同时，LIBS还可以广泛适用于地质、煤炭、冶金、制药、环境、科研等不同领域的应用。除了传统的实验室的应用，LIBS还是为数不多的可以做成手持便携装置的元素分析技术，更是目前为止被认为唯一可以做在线分析的元素分析技术。这将使分析技术从实验室领域极大地拓展到户外、现场、甚至生产工艺过程中。

现有技术中对待测样品对在线元素的种类和含量进行探测多用双脉冲激光击穿光谱分析装置及方法，双脉冲激光诱导击穿光谱的原理是在第一束脉冲激光对样品进行预烧蚀、优化激发环境的基础上，第二束脉冲激光对样品进行二次诱导激发，从而获得强度更高的等离子体发射光谱信号。利用双脉冲激光击穿光谱测量系统对被测样品不同区域进行测量得到光谱，光谱仪将采集到的光谱传递到计算机中；计算机上的软件将采集到的光谱数据与NIST数据库中的LIBS元素光谱信息进行分析比对，得到待测样品中所含的元素种类和相应的谱线信息，我们通过分析其中相关元素的特征谱线及其强度，最终获得待测样品中所含元素种类和含量的探测结果。

然而，双脉冲激光击穿光谱分析装置及方法的探测会有偏差，主要是由于在进行探测时激光脉冲稳定性差，探测器会产生噪声，且信号在传输过程中信号有损耗，烧蚀过程不可重复，使用安全性低，且会受环境的影响，导致了最终得到的特征谱线不明显难以对其进行定量的分析。随着激光诱导击穿光谱的应用范围日益扩展，传统的双脉冲激光诱导击穿光谱技术已不能满足当下的需要。

发明内容

本申请提供了一种可选双脉冲模式的光纤LIBS探测系统及方法，以解决传统光纤LIBS容易受到样品基质效应的影响，具有激光脉冲稳定性差、重复性差、烧蚀过程不可重复、探测器产生噪声干扰、检测限高、非金属元素特征谱线不明显难以定量分析等缺点和问题。

本申请的第一方面提供了一种可选双脉冲模式的光纤LIBS探测系统，所述系统包括：一种可选双脉冲模式的光纤LIBS探测系统，所述系统包括：集成光纤器、光纤LIBS探头、控制检测模块和光纤传输模块，

所述控制检测模块中的可编程脉冲延迟发生器分别与所述集成光纤器中的第一纳秒激光器的控制端和所述第二纳秒激光器的控制端电性连接；

所述控制检测模块中的计算机分别与所述集成光纤器中的第一激光能量计的监控端、第二激光能量计的监控端以及遮光板的信号控制端电性连接；