[发明专利]微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光系统及方法

权利要求书

1.一种微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光系统，应用于≥5μm的微米级微束激光诱导击穿光谱仪，其特征在于：

该分光系统沿光束的传播方向依次包括平凸透镜(2)、第一柱面透镜(3)、入射狭缝(4)、凹面光栅(5)、第二柱面透镜(6)和CCD/CMOS检测器(7)；

其中，入射狭缝(4)、凹面光栅(5)和CCD/CMOS检测器(7)位于罗兰圆上，光源(1)、平凸透镜(2)和第一柱面透镜(3)位于罗兰圆外，并与入射狭缝(4)和凹面光栅(5)共线。

2.根据权利要求1所述的微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光系统，其特征在于：所述第二柱面透镜(6)与第一柱面透镜(3)的轴向子午线相互垂直。

3.根据权利要求1所述的微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光系统，其特征在于：所述第二柱面透镜(6)与CCD/CMOS检测器(7)的芯片表面之间的距离与第二柱面透镜(6)的焦距匹配，距离范围为6～15mm。

4.根据权利要求1所述的微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光系统，其特征在于：所述平凸透镜(2)将光源(1)的光线收集为平行光束，光束截面光斑直径与平凸透镜(2)的口径及发散角相匹配，光束截面光斑直径为6～12mm。

5.根据权利要求1所述的微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光系统，其特征在于：所述第一柱面透镜(3)将平凸透镜(2)收集的光束在入射狭缝(4)处聚焦为与狭缝高度方向平行的线光斑，光斑尺寸与选用的入射狭缝(4)相匹配，线光斑的尺寸为8mm×0.02mm。

6.根据权利要求1所述的微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光系统，其特征在于：所述凹面光栅(5)将经过入射狭缝(4)的混合光色散为不同波长的单色光；所述第二柱面透镜(6)在CCD/CMOS检测器(7)前，将各波长的单色光在狭缝高度方向聚焦至相应的CCD/CMOS检测器(7)的芯片上，并保证聚焦后的光斑高度方向与芯片中心线平行。

7.根据权利要求1所述的微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光系统，其特征在于：所述CCD/CMOS检测器(7)的芯片像元尺寸为8×200μm。

8.根据权利要求1所述的微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光系统，其特征在于：所述分光系统与传统罗兰光学系统相比，光通量提升100倍以上；信号放大168倍，信噪比提升24倍。

9.一种如权利要求1所述的分光系统的微弱光源罗兰光栅线阵CCD/CMOS检测器分光方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

a、微束激光激发样品，形成<1mm的微小等离子体光源(1)；

b、采用平凸透镜(2)对步骤a产生的等离子体光源(1)进行光线收集得到平行光束；

c、采用第一柱面透镜(3)将步骤b得到的光束在入射狭缝(4)处聚焦为与狭缝高度方向平行的线光斑；

d、经过入射狭缝(4)的混合光经过凹面光栅(5)色散为不同波长的单色光，并聚焦在罗兰圆上的相应CCD/CMOS检测器位置；

e、在CCD/CMOS检测器(7)前采用第二柱面透镜(6)，将步骤d得到的各波长单色光在狭缝高度方向聚焦至CCD/CMOS检测器(7)的芯片上，并保证聚焦后的光斑高度方向与芯片中心线方向平行。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤a中，微束激光焦斑尺寸为≥5μm。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤b中，平凸透镜(2)将光源(1)的光线收集为截面光斑直径为6～12mm的平行光束。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤b中，第一柱面透镜(3)将平凸透镜(2)收集的光束在入射狭缝(4)处聚焦为与狭缝宽度方向平行的尺寸为8mm×0.02mm的线光斑。