[发明专利]一种飞秒等离子体光栅诱导击穿光谱检测的方法及装置

说明书

本发明涉及元素检测技术领域，具体涉及一种飞秒等离子体光栅诱导击穿光谱检测的方法及装置，将发射的飞秒脉冲依次经过分束、时域同步和聚焦之后形成空间周期调制的等离子体光栅，采用所述等离子体光栅诱导击穿光谱对待测样品进行检测。本发明的方法将超快光学中的等离子体光栅与激光诱导击穿光谱(LIBS)相结合，既保留了LIBS技术实时、快速、微损、全元素分析等无可比拟的优势，又在一定程度克服了单束飞秒光丝钳制功率的限制，提高了自由电子密度，从而能提高元素信号强度，提高了检测灵敏度。

技术领域

本发明涉及元素检测技术领域，具体涉及一种飞秒等离子体光栅诱导击穿光谱检测的方法及装置。

背景技术

近些年来，对常见的样品元素的检测的需求日益增多，例如对水体和土壤中重金属元素的检测来监测与治理重金属的污染，对蔬菜、茶叶等有机物中各种元素的检测来评估其对摄入人体的影响好坏。

传统的物质分析检测通常采用取样后通过实验室化学试剂处理和光谱仪器进行分析的方法。虽然这些方法检测准确度高，但是传统的方法检测周期较长，不能进行快速即时检测，而且检测过程中化学试剂处理容易产生二次污染。最近，结合最新研究成果出现的一系列新型检测技术方法例如高光谱分析技术、电化学分析法、生物分析法、太赫兹分析法等，依然存在着预处理复杂、不能实时快速得出结果、容易造成二次污染等问题。能够简单预处理并快速实时分析土壤重金属含量是十分重要的。

激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是近年来新兴的光谱检测技术，与其它光谱技术相比，因其具有样品预处理简单、实时、快速、微损、全元素分析等无可比拟的优势，得到了广泛的关注，也被广泛应用于冶金分析、环境监测、地质勘探、在线监控、国防等领域。该方法用于样品监测只需对样品进行简单处理甚至不需要处理即可进行激光诱导击穿光谱分析，但是存在着检测灵敏度不高的问题。

传统的激光诱导击穿光谱系统采用的是单束纳秒脉冲激光或者飞秒脉冲激光作为源来激发物质。纳秒脉冲激光激发产生的等离子体演化初期存在很强的逆韧致辐射导致荧光光谱具有很强的连续背景噪声，会掩盖目标信号光谱；延时采集信号可以解决强连续谱的影响，但是也会导致目标信号光谱减弱，降低最终的探测灵敏度；飞秒脉冲激光激发无很强的背景光谱，但是脉冲激光拉丝过程中克尔自聚焦效应与等离子体自散焦效应的平衡，形成光丝会存在一定的钳制功率，聚焦到样品表面无法有效提高激发自由电子密度，导致信号光谱强度无法有效随激光强度提高而提高，从而限制探测灵敏度的提高。如何避免强背景光谱同时又不牺牲信号光谱强度，如何有效提高激光聚焦处的自由电子密度，从而提高元素检测灵敏度是关键所在。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种飞秒等离子体光栅诱导击穿光谱检测的方法，将超快光学中的等离子体光栅与激光诱导击穿光谱(LIBS)相结合，既保留了LIBS技术实时、快速、微损、全元素分析等无可比拟的优势，又在一定程度克服了单束飞秒光丝钳制功率的限制，提高了自由电子密度，从而能提高元素信号强度，提高了检测灵敏度。

本发明的另一目的在于提供过一种飞秒等离子体光栅诱导击穿光谱检测的装置，将飞秒脉冲转换为等离子体光栅，作用于待测样品，诱导更强的等离子体荧光，从而提高检测灵敏度。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种飞秒等离子体光栅诱导击穿光谱检测的方法，将发射的飞秒脉冲激光依次经过分束、时域同步和聚焦之后形成空间周期调制的等离子体光栅，采用所述等离子体光栅诱导击穿光谱对待测样品进行检测。

优选地，包括以下步骤：(1)激光发射模块发出飞秒脉冲激光经过分束模块分束得到分束脉冲激光；

(2)所述步骤(1)得到的分束脉冲激光经过时域同步模块后形成多束同步脉冲激光；

(3)所述步骤(2)得到的多束同步脉冲激光经过聚焦模块后形成多束同步光丝，多束同步光丝在空间交叉形成空间周期调制的等离子体光栅；