[发明专利]一种发射光谱采集装置、时间分辨光谱采集系统及方法

说明书

本申请实施例公开了一种发射光谱采集装置、时间分辨光谱采集系统及方法，所述装置包括支撑架，准直单元，分光单元，第一光谱采集组件，所述第一收集透镜用于将第一光束聚焦耦合至第一光纤光谱仪，获得第一等离子体发射光谱；第二光谱采集组件，所述第二光谱采集组件用于将第二光束聚焦耦合至第二光纤光谱仪，获得第二等离子体发射光谱。在本申请实施例中，由于激光诱导击穿产生等离子体是一个瞬态过程，双光纤光谱仪时间差分采集，弥补了单个光纤光谱仪，在采集同一个等离子体的时间分辨光谱时时间门宽太大的问题，利用两个光纤光谱仪得到的等离子体光谱相减，可以间接地得到等离子体在微秒量级时间间隔下的时间分辨光谱。

技术领域

本申请涉及光谱采集技术领域，特别是涉及一种发射光谱采集装置、时间分辨光谱采集系统及方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术是指通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。近年来，随着LIBS技术在进行物质元素分析中的应用的完善发展，使得检测限低、快速原位、实时在线、多种元素同时检测的物质成分分析得以实现，这些都依赖于激光诱导等离子体自身辐射中可以代表粒子特性的线状谱线。目前对未知领域极端环境下的原位探测成为LIBS系统研发的热点，这些环境包括外太空行星探测、深海环境探测等。这类环境探测对LIBS要求较高，例如稳定性、小型化等。

激光诱导等离子体是瞬态过程，为研究等离子体时间分辨光谱和区分辐射光谱中的离子、原子和分子辐射，通常需要装配有可以实现门控设备的光栅光谱仪来完成。目前，该类型设备可完成纳秒量级的光学门宽采集，尽管性能优越，但设备造价很高，而且如果想在极端环境下实现原位探测其稳定性难以保证。除此之外，相关技术中一种利用PMT+Boxcar组合系统探测等离子体时间分辨光谱的方案，可以探测到等离子体在不同延时下的时间分辨光谱信号，可以清晰的分析出等离子体发射光谱的时间分辨特性，但是PMT是点或线测量，只能读取分立的谱线，每个元素对应一个PMT，谱线是单一波长的接收，选择分析谱线大大受限，元素越多PMT越多，由于物理空间的限制，后续增加基体的话较为不方便，费用相对较高。另外，目前对于LIBS信号的采集一般依赖于光纤光谱仪，其虽然可以完成毫秒量级门宽下LIBS信号的采集，但是由于门宽不可控，以及仍然达不到微秒量级门宽，所以在研究等离子体时间分辨光谱方面的能力是相对有限的。

因此，现有技术中等离子体时间分辨光谱采集设备存在价格昂贵，结构复杂，稳定性较差的问题。

发明内容

本申请实施例中提供了一种发射光谱采集装置、时间分辨光谱采集系统及方法，以利于解决现有技术中等离子体时间分辨光谱采集设备价格昂贵、结构复杂和稳定性较差等问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种等离子体发射光谱采集装置，包括：

支撑架，所述支撑架包括沿第一方向设置的第一支架和沿第二方向设置的第二支架，所述第一支架和所述第二支架垂直设置；

准直单元，所述准直单元设置在所述第一支架上，用于将激光诱导击穿产生的等离子体发射光准直为与所述第一方向平行的光束；

分光单元，所述分光单元设置在所述第一支架和所述第二支架的交叉位置，用于将所述光束平分为第一光束和第二光束，所述第一光束沿所述第一方向传播，所述第二光束沿所述第二方向传播；

第一光谱采集组件，所述第一光谱采集组件包括设置在所述第一支架上的第一收集透镜和第一光纤光谱仪，所述第一收集透镜用于将所述第一光束聚焦耦合至所述第一光纤光谱仪，获得第一等离子体发射光谱；

第二光谱采集组件，所述第二光谱采集组件包括设置在所述第二支架上的第二收集透镜和第二光纤光谱仪，所述第二收集透镜用于将所述第二光束聚焦耦合至所述第二光纤光谱仪，获得第二等离子体发射光谱。