一种基于光纤波导的微区激光探针成分分析仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光纤波导的微区激光探针成分分析仪，包括Nd:YAG激光器、波长可调谐激光器、CCD监控相机、计算机、光栅光谱仪、聚焦物镜、位移平台、数字延时脉冲发生器、增强型CCD；聚焦物镜为反射式聚焦物镜，Nd:YAG激光器和波长可调谐激光器均使用光纤波导进行激光脉冲的传输，并经光纤准直镜准直，扩束镜扩束后进入所述聚焦物镜，由Nd：YAG激光器发射的激光脉冲用于对待分析样品表面微区进行烧蚀产生等离子体，由所述波长可调谐激光器发射的激光脉冲用于在所述等离子体上产生共振激发；光纤的一端用于采集所述等离子体发射的光谱信号，另一端与光栅光谱仪的光纤接口相连。本发明专利技术可以实现激光探针对物质微区成分的精确定性与定量分析。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于光纤波导的微区激光探针成分分析仪，包括Nd:YAG激光器、波长可调谐激光器、CCD监控相机、计算机、光栅光谱仪、聚焦物镜、位移平台、数字延时脉冲发生器、增强型CCD；聚焦物镜为反射式聚焦物镜，Nd:YAG激光器和波长可调谐激光器均使用光纤波导进行激光脉冲的传输，并经光纤准直镜准直，扩束镜扩束后进入所述聚焦物镜，由Nd：YAG激光器发射的激光脉冲用于对待分析样品表面微区进行烧蚀产生等离子体，由所述波长可调谐激光器发射的激光脉冲用于在所述等离子体上产生共振激发；光纤的一端用于采集所述等离子体发射的光谱信号，另一端与光栅光谱仪的光纤接口相连。本专利技术可以实现激光探针对物质微区成分的精确定性与定量分析。【专利说明】一种基于光纤波导的微区激光探针成分分析仪
本专利技术属于成分分析与检测
，具体为一种基于光纤波导的微区激光探针成分分析仪，主要用于微小区域的物质成分的精确定性与定量分析。
技术介绍
激光探针技术，即激光诱导击穿光谱(Laser-1nduced breakdown Spectroscopy,简称LIBS)技术，是利用高能量激光束轰击被分析物质表面产生等离子体，通过采集等离子体发射的特征光谱并对其进行分析，进而得到被分析物质所含元素种类和含量的一种新型的物质成分分析技术。LIBS技术具有无需样品预处理、多元素同时检测以及可在线、实时检测等优点，自从诞生至今一直受到广泛的关注。但是由于传统的LIBS技术采用的激光脉冲能量大OlOOmJ)，并且聚焦后的光斑直径大OlOOum)，使得其无法对物质微区元素进行精确的定量和定性分析，导致近年来微区激光探针技术越来越受到人们的关注。然而，微区激光探针技术目前仍存在以下两个主要不足:一、检测极限低；二、系统受外界干扰较大，检测准确度低、稳定性差。中国专利文献《一种基于双激光光源的激光探针微区成分分析仪》(公告为CN101782517A，公告日为2010年7月21日)公开了一种基于双激光光源的激光探针微区成分分析仪。其结构为:固定波长激光器、衰减器、扩束镜、小孔光阑和第一半透半反镜依次位于同一水平光路上，波长可调谐激光器通过第二全反镜反射到第一半透半反镜上后与固定波长激光器的激光束同光路；固定波长激光器和波长可调谐激光器可上下或平行放置，且通过数字延时发生器控制其开启顺序和延时；由光纤探头接收并通过光纤传输到光栅光谱仪后至增强型CXD的等离子体光谱采集时间也由数字延时发生器控制。这种双激光光源激发的激光探针仪探测极限低，元素分析精度高，元素选择性好，可用于各种物质微区的微量、痕量元素的准确定性和精确定量分析。但是该装置仍然存在以下几点不足:第一，该装置使用反射镜和半透半反镜实现两束激光的同轴传输，光路系统复杂，难以对其进行精确调校，不利于系统的日常维护，且镜片制造难度大，成本较高；第二，该设备使用反射镜系统将激光束传递到样品表面，光路系统灵活性差，光束质量受外界噪声和干扰影响大；第三，该设备光路系统是针对某一特定激光波长设计，设备通用性差，若要使用另外的激光波长，必须对光路系统进行更换和重新调校，过程繁琐，费时费力。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于光纤波导耦合实现同轴激发的微区激光探针成分分析仪，目的在于实现激光探针对物质微区成分的精确定性与定量分析。本专利技术提供的一种基于光纤波导的微区激光探针成分分析仪，包括Nd=YAG激光器、波长可调谐激光器、CCD监控相机、计算机、光栅光谱仪、聚焦物镜、位移平台、数字延时脉冲发生器、增强型CXD ;所述Nd=YAG激光器和波长可调谐激光器安装在光学平台上，聚焦物镜安装在物镜转换器上，并位于用于安放待分析样品的位移平台的上方；所述Nd:YAG激光器、波长可调谐激光器和增强型CCD分别与数字延时脉冲发生器通讯连接；所述CCD监控相机用于采集待分析样品表面的反射光以实现对待分析样品表面的同轴监测；增强型CCD与光栅光谱仪电信号连接；所述计算机分别与CXD监控相机、位移平台和增强型CXD电信号连接；其特征在于，所述聚焦物镜为工作波段为200nm-1100nm的反射式聚焦物镜，Nd:YAG激光器和波长可调谐激光器均能够使用工作波段为200nm-1100nm的光纤进行激光脉冲的传输，并经光纤准直镜准直，扩束镜扩束后进入所述聚焦物镜，由Nd =YAG激光器发射的激光脉冲用于对待分析样品表面微区进行烧蚀产生等离子体，由所述波长可调谐激光器发射的激光脉冲用于在所述等离子体上产生共振激发；光纤的一端称之为采集端、用于采集所述等离子体发射的光谱信号，另一端与光栅光谱仪的光纤接口相连。作为上述技术方案的一种改进，该分析仪还包括工作波段为200nm-100nm的宽带介质膜反射镜，所述光纤准直器、扩束镜和宽带介质膜反射镜依次位于第一水平光路上，CCD监控相机、宽带介质膜反射镜和聚焦物镜依次位于一竖直光路上，宽带介质膜反射镜的反射面与水平光路的夹角为45度；Nd:YAG激光器的出光口与第一光纤耦合器位于第二水平光路；波长可调谐激光器的出光口与第二光纤耦合器位于第三水平光路；第一光纤耦合器、第二光纤耦合器的出射光束均通过传能光纤耦合进入光纤准直器；所述光纤采集端和光纤准直器与光纤耦合器相连接的一端相连；或者所述光纤采集端连接有用于采集所述等离子体发出的特征光谱信号的光纤接头。作为上述技术方案的进一步改进，该分析仪还包括第四光纤耦合器；第四光纤耦合器的入光口通过一光纤束与准直镜连接相连，第四光纤耦合器的出光口位于CCD监控相机的视场内；Nd:YAG激光器的出光口与第一光纤耦合器位于第二水平光路，光纤耦合器的入光端面与第二水平光路垂直；波长可调谐激光器的出光口与第二光纤稱合器位于第三水平光路；第一光纤耦合器、第二光纤耦合器的出射光束均通过光纤耦合进入光纤准直器；所述光纤的一端和光纤准直器与第二光纤耦合器连接的一端相连。作为上述技术方案的再进一步改进，该激光探针成分分析仪还包括同轴照明子系统。所述同轴照明子光路的优选结构包括LED光源和第三光纤耦合器；LED光源的出光口与第三光纤耦合器位于第四水平光路上，第三光纤耦合器的出射光束通过光纤束耦合进入光纤准直器。由于现有微区激光探针设备存在的种种缺点，本专利技术提供了上述技术方案，可以实现激光探针对微区成分的精确定性与定量分析。具体而言，本专利技术具有以下技术特点:(I)本专利技术最突出的技术特点是使用光纤波导实现了两束激光同轴传输。首先，传统的光路系统都是使用反射镜系统实现两束激光同轴传输，结构复杂，调校繁琐。使用光纤波导稱合的方法将两束激光稱合进入一根光纤后同轴传输大大降低了光路系统复杂性，两束激光的光路同轴度也更高，同轴激发效果更好；其次，光纤波导使微区激光探针分析仪的光路系统与激光器、光谱仪以及信号控制部分分离，增加了设备的可移动性，减小了设备的体积和空间占用率。(2)本专利技术另一个突出的技术特点是使用光纤波导实现了激光脉冲的传输。传统的LIBS设备使用的激光脉冲能量较大(脉冲能量>100mJ)，由于光纤制造工艺的限制，光纤只能传输较低能量(脉冲能量<50mJ)的激光脉冲，因此传统的LIBS设备都是使用反射镜系统将高能激光束传输到样品表面，光路传输系统可移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤波导的微区激光探针成分分析仪，其特征在于，它包括Nd：YAG激光器(1)、波长可调谐激光器(2)、CCD监控相机(11)、计算机(16)、光栅光谱仪(17)、聚焦物镜(14)、位移平台(15)、数字延时脉冲发生器(18)和增强型CCD(20)；所述Nd：YAG激光器(1)和波长可调谐激光器(2)安装在光学平台(4)上，聚焦物镜(14)安装在物镜转换器(13)上，并位于位移平台(15)的上方；所述Nd：YAG激光器(1)、波长可调谐激光器(2)和增强型CCD(20)分别与数字延时脉冲发生器(18)通讯连接；所述CCD监控相机(11)用于采集待分析样品表面的反射光以实现对待分析样品表面的同轴监测；增强型CCD(20)与光栅光谱仪(17)电信号连接；所述计算机(16)分别与CCD监控相机(11)、位移平台(15)和增强型CCD(20)电信号连接；其特征在于，所述聚焦物镜(14)为工作波段为200nm?1100nm的反射式聚焦物镜；Nd：YAG激光器(1)和波长可调谐激光器(2)均能够使用工作波段为200nm?1100nm的光纤进行激光脉冲的传输，并经光纤准直镜(9)准直，扩束镜(10)扩束后进入所述聚焦物镜(14)，由Nd：YAG激光器(1)发射的激光脉冲用于对待分析样品(32)表面微区进行烧蚀产生等离子体，由所述波长可调谐激光器(2)发射的激光脉冲用于在所述等离子体上产生共振激发；光纤(25)的一端称之为采集端、用于采集所述等离子体发射的光谱信号，另一端与光栅光谱仪(17)的光纤接口相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥友，王旭朝，郑重，沈萌，郭连波，曾晓雁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：