一种用于激光探针成分分析仪的光路系统技术方案

本发明专利技术属于激光精密检测相关技术领域，其公开了一种用于激光探针成分分析仪的光路系统，所述光路系统包括光谱采集模块及成像模块。所述光路系统还包括激光控制模块、激光监测模块及照明模块，所述光谱采集模块、所述激光控制模块、所述激光监测模块、所述照明模块及所述成像模块是同轴设置的。所述激光控制模块用于控制激光能量及光斑；所述激光监测模块用于实时监测激光能量；所述光谱采集模块用于实时采集等离子光谱；所述照明模块用于对待测样品表面进行照明，以保证所述待测样品的表面清晰可见；所述成像模块用于对所述待测样品表面成像。所述光路系统同时实现稳定的光谱信息采集和清晰的表面成像。

Optical path system for laser probe component analyzer

The invention belongs to the technical field of laser precision detection, and discloses an optical path system for a laser probe component analyzer. The optical system includes a laser control module, laser monitoring module and illumination module, wherein the laser spectrum acquisition module, control module, the laser monitoring module, the lighting module and the imaging module is arranged coaxially. The laser control module is used to control the laser energy and the laser spot; monitoring module for real-time monitoring of laser energy; the spectrum acquisition module for real-time acquisition of plasma spectroscopy; the lighting module for measuring illumination of the sample surface, the surface to ensure the sample to be tested are clearly visible; the imaging module is used for the the surface of the tested sample imaging. The optical path system realizes stable spectral information acquisition and clear surface imaging simultaneously.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光精密检测相关
，更具体地，涉及一种用于激光探针成分分析仪的光路系统。
技术介绍
激光探针，又称为激光诱导击穿光谱(Laser-inducedbreakdownspectroscopy，简称LIBS)，是一种物质成分分析方法。激光探针利用激光在待测样品表面烧蚀产生等离子体，再通过分析等离子体发射光谱实现对物质元素成分的测量。从科研化走向工业化的过程中，激光探针需要一种成熟的光路系统，在保证稳定光谱采集的同时，获得样品表面成像信息，使用户能够对样品表面特定位置的原位信息进行采集，保证可见即所得。目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如公开号为CN103267746B的专利、公开号为CN101587074B的专利、授权公告号为CN101587074B的专利分别公开了不同的激光探针分析仪，以上所公开的激光探针分析仪均集成了激光探针光谱分析和同轴样品表面成像的功能，为激光探针光路系统的典型实例。但是上述实例皆存在以下几点不足：1.没有样品表面的同轴照明装置，对于表面光滑或者色彩较暗的样品，特别是在显微分析高倍成像时，难以保证样品表面清晰可见；2.成像系统中，没有考虑对激光的滤除，同轴成像过程样品表面反射的激光很容易将成像相机损坏；3.没有激光能量实时调节和监控系统，既无法对激光光斑进行整形获得更适合激光探针使用的光束，也无法对激光能量波动和衰减效应进行实时校正、调节及监控；4.光谱采集器前面没有滤除激光，样品表面反射的激光容易将光纤采集头损坏。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于激光探针成分分析仪的光路系统，其集成了激光控制模块、激光监测模块、光谱采集模块、照明模块和成像模块五个模块，可以同时实现激光能量和光斑控制、激光能量实时监测、等离子体光谱采集、样品表面照明、样品表面成像功能，实现稳定的光谱信息和样品图像信息的同时获取，满足现代工业应用需求；其中激光控制模块、激光监测模块、光谱采集模块、照明模块和成像模块五个模块在光路中是同轴的，结构紧凑，多个零件均可以实现多功能使用。此外，所述光路系统对各个零部件进行了激光防护，提高零部件的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于激光探针成分分析仪的光路系统，其包括光谱采集模块及成像模块，其特征在于：所述光路系统还包括激光控制模块、激光监测模块及照明模块，所述光谱采集模块、所述激光控制模块、所述激光监测模块、所述照明模块及所述成像模块是同轴设置的；所述激光控制模块用于控制激光能量及光斑；所述激光监测模块用于实时监测激光能量，以便所述激光控制模块对激光能量波动及衰减效应进行实时校正；所述光谱采集模块用于实时采集等离子光谱；所述照明模块用于对待测样品表面进行照明，以保证所述待测样品的表面清晰可见；所述成像模块用于对所述待测样品表面成像。进一步的，所述激光控制模块、所述光谱采集模块、所述照明模块及所述成像模块共同具有物镜；所述激光控制模块、所述激光监测模块、所述照明模块及所述成像模块共同具有分束镜；所述激光控制模块及所述成像模块共同具有激光反射镜；所述照明模块及所述成像模块共同具有分光镜。进一步的，所述激光控制模块还包括激光器、激光扩束镜、谐波分束镜、第一激光窗口、第一激光吸收体、半波片、偏振分束镜、第二激光窗口、第二激光吸收体、光闸及光阑；所述第一激光窗口位于所述谐波分束镜及所述第一激光吸收体之间；所述半波片位于所述谐波分束镜前方；所述第二激光窗口位于所述偏振分束镜及所述第二激光吸收体之间；所述激光反射镜位于所述光阑及所述分束镜之间；所述物镜位于所述分束镜及所述待测样品之间。进一步的，所述半波片是可旋转的。进一步的，所述激光监测模块还包括第一线偏振片及激光能量计，所述第一线偏振片位于所述分束镜及所述激光能量计之间。进一步的，所述光谱采集模块还包括第二线偏振片、光纤耦合镜、光纤接头、光纤及光谱仪，所述第二线偏振片位于所述分束镜及所述光纤耦合镜之间；所述光纤耦合镜连接于所述光纤接头；所述光纤连接所述光纤接头及所述光谱仪。进一步的，所述照明模块还包括LED光源及照明准直镜，所述照明准直镜位于所述LED光源之前方。进一步的，所述成像模块还包括目镜、第三线偏振片及相机，所述第三线偏振片位于所述相机之前方。进一步的，所述激光控制模块、所述光谱采集模块、所述照明模块及所述成像模块共同具有物镜；所述激光控制模块、所述激光监测模块、所述照明模块及所述成像模块共同具有分束镜；所述激光控制模块及所述成像模块共同具有激光反射镜；所述照明模块及所述成像模块共同具有分光镜；所述激光控制模块、所述照明模块及所述成像模块共同具有宽带反射镜。进一步的，所述激光控制模块还包括激光器、激光扩束镜、谐波分束镜、第一激光窗口、第一激光吸收体、半波片、偏振分束镜、第二激光窗口、第二激光吸收体、光闸及光阑；所述第一激光窗口位于所述第一激光吸收体及所述谐波分束镜之间；所述半波片位于所述偏振分束镜前方；所述第二激光窗口位于所述偏振分束镜及所述第二激光吸收体之间；所述物镜位于所述分束镜及所述待测样品之间。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的用于激光探针成分分析仪的光路系统，其集成了激光控制模块、激光监测模块、光谱采集模块、照明模块和成像模块五个模块，可以同时实现激光能量和光斑控制、激光能量实时监测、等离子体光谱采集、样品表面照明、样品表面成像功能，实现稳定的光谱信息和样品图像信息的同时获取，满足现代工业应用需求；其中激光控制模块、激光监测模块、光谱采集模块、照明模块和成像模块五个模块在光路中是同轴的，结构紧凑，多个零件均可以实现多功能使用。此外，所述光路系统对各个零部件进行了激光防护，提高零部件的使用寿命。附图说明图1是本专利技术第一实施方式提供的用于激光探针成分分析仪的光路系统的使用状态示意图。图2是本专利技术第二实施方式提供的用于激光成分分析仪的光路系统的使用状态示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1.激光器；2.激光扩束镜；3.谐波分束镜；4.第一激光窗口；5.第一激光吸收体；6.半波片；7.偏振分束镜；8.第二激光窗口；9.第二激光吸收体；10.光闸；11.光阑；12.激光反射镜；13.分束镜；14.物镜；15.待测样品；16.第一线偏振片；17.激光能量计；18.第二线偏振片；19.光纤耦合镜；20.光纤接头；21.光纤；22.光谱仪；23.分光镜；24.照明准直镜；25.LED光源；26.全反镜；27.目镜；28.第三线偏振片；29.相机；30.宽带反射镜。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。请参阅图1，本专利技术第一实施方式提供的用于激光探针成分分析仪的光路系统，其包括激光器1、激光扩束镜2、谐波分束镜3、第一激光窗口4、第一激光吸收体5、半波片6、偏振分束镜7、第二激光窗口8、第二激光吸收体9、光闸10、光阑11、激光反射镜12、分束镜13、物镜1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光探针成分分析仪的光路系统，其包括光谱采集模块及成像模块，其特征在于：所述光路系统还包括激光控制模块、激光监测模块及照明模块，所述光谱采集模块、所述激光控制模块、所述激光监测模块、所述照明模块及所述成像模块是同轴设置的；所述激光控制模块用于控制激光能量及光斑；所述激光监测模块用于实时监测激光能量，以便所述激光控制模块对激光能量波动及衰减效应进行实时校正；所述光谱采集模块用于实时采集等离子光谱；所述照明模块用于对待测样品表面进行照明，以保证所述待测样品的表面清晰可见；所述成像模块用于对所述待测样品表面成像。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光探针成分分析仪的光路系统，其包括光谱采集模块及成像模块，其特征在于：所述光路系统还包括激光控制模块、激光监测模块及照明模块，所述光谱采集模块、所述激光控制模块、所述激光监测模块、所述照明模块及所述成像模块是同轴设置的；所述激光控制模块用于控制激光能量及光斑；所述激光监测模块用于实时监测激光能量，以便所述激光控制模块对激光能量波动及衰减效应进行实时校正；所述光谱采集模块用于实时采集等离子光谱；所述照明模块用于对待测样品表面进行照明，以保证所述待测样品的表面清晰可见；所述成像模块用于对所述待测样品表面成像。2.如权利要求1所述的用于激光探针成分分析仪的光路系统，其特征在于：所述激光控制模块、所述光谱采集模块、所述照明模块及所述成像模块共同具有物镜；所述激光控制模块、所述激光监测模块、所述照明模块及所述成像模块共同具有分束镜；所述激光控制模块及所述成像模块共同具有激光反射镜；所述照明模块及所述成像模块共同具有分光镜。3.如权利要求2所述的用于激光探针成分分析仪的光路系统，其特征在于：所述激光控制模块还包括激光器、激光扩束镜、谐波分束镜、第一激光窗口、第一激光吸收体、半波片、偏振分束镜、第二激光窗口、第二激光吸收体、光闸及光阑；所述第一激光窗口位于所述谐波分束镜及所述第一激光吸收体之间；所述半波片位于所述偏振分束镜前方；所述第二激光窗口位于所述偏振分束镜及所述第二激光吸收体之间；所述物镜位于所述分束镜及所述待测样品之间。4.如权利要求3所述的用于激光探针成分分析仪的光路系统，其特征在于：所述半波片是可旋转的。5.如权利要求3所述的用于激光探针成分分析仪的光路系统，其特征在于：所述激光监测模块还包括第一线偏振片及激光能量计，所述第一线偏振片位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥友，李嘉铭，熊佛关，朱志豪，郝中骐，沈萌，郭连波，曾晓雁，陆永枫，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉新瑞达激光工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42