一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，包括脈沖激光器、光程延長回路裝置、第二光路導(dǎo)引裝置、光路匯合裝置和數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)，光程延長回路裝置包括光路分光裝置、脈沖延時裝置和第一光路導(dǎo)引裝置，光路分光裝置用于將脈沖激光分成第一脈沖激光和第二脈沖激光，脈沖延時裝置用于增加第二脈沖激光的光程，第一光路導(dǎo)引裝置用于改變增加光程的第二脈沖激光的光路，第二光路導(dǎo)引裝置用于改變第一脈沖激光的光路，光路匯合裝置用于將第一脈沖激光和增加光程的第二脈沖激光匯合到一個相同的特定光路中。本發(fā)明采用一個脈沖激光器產(chǎn)生多個不同光程的脈沖激光，并使得多個脈沖激光聚焦在待測樣品上相同位置。
【專利說明】一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光光譜檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LaserInduced Breakdown Spectroscopy, LIBS)是基于激光和材料相互作用產(chǎn)生的發(fā)射光譜的一種定量分析技術(shù)，該方法在測量過程中只需幾微克即可，故可實現(xiàn)非破壞測量；無需樣品預(yù)處理即可實現(xiàn)對任何物理狀態(tài)物質(zhì)的元素分析，使LIBS技術(shù)應(yīng)用范圍非常廣泛；LIBS技術(shù)是光學(xué)技術(shù)應(yīng)用，可測量分析遠(yuǎn)達(dá)幾十米處的樣品，其遠(yuǎn)程分析能力對危險、高溫環(huán)境或敵對環(huán)境中有非常大的吸引力；使用LIBS技術(shù)進(jìn)行成份分析，整個過程只需十秒左右，實時性和快速性非常良好；LIBS技術(shù)可通過定標(biāo)對物質(zhì)中痕量進(jìn)行定量分析，且檢測限和精度完全滿足應(yīng)用需求。
[0003]與傳統(tǒng)檢測技術(shù)相比，LIBS技術(shù)對于在線原位檢測具有不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，但由于單脈沖LIBS技術(shù)的分析靈敏度并不高，因而制約了在痕量元素檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用。LIBS是基于高功率激光與物質(zhì)相互作用，產(chǎn)生瞬態(tài)等離子體，對等離子體的發(fā)射光譜進(jìn)行研究，從而實現(xiàn)對樣品成分的定性分析與定量分析。但是單脈沖LIBS激發(fā)的等離子體溫度和密度均較低，形成的發(fā)射光譜強(qiáng)度有限，因而分析靈敏度相對較低。
[0004]雙脈沖LIBS技術(shù)是利用第一束激光脈沖照射樣品表面產(chǎn)生等離子體，稍后第二束激光脈沖照射等離子體以增強(qiáng)譜線發(fā)射，實現(xiàn)了對材料燒蝕與等離子體激發(fā)的兩個階段的分布優(yōu)化，因而雙脈沖LIBS技術(shù)可以有效提高信噪比，提高分析靈敏度。中國發(fā)明專利申請公開書CN102507511A中采用了由紅外波段激光器、紫外波段激光器和脈沖延時控制器組成的雙脈沖激光發(fā)射系統(tǒng)，脈沖延時控制器分別與紅外波段激光器和紫外波段激光器信號連接，用于調(diào)節(jié)紅外波段激光器及紫外波段激光器的兩束激光的脈沖間隔，之后聚焦在待測樣品表面的相同位置，用以完成樣品燒蝕和等離子激發(fā)。但是目前的雙脈沖LIBS技術(shù)都是采用兩臺激光器，通過電源控制延遲的方法實現(xiàn)雙脈沖激發(fā)，這樣增加了系統(tǒng)的成本，并且分別對兩路激光聚焦，很難保證聚焦在待測樣品上的同一點，不能實現(xiàn)最大效率的雙脈沖等離子體激發(fā)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，這種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)能夠采用一個脈沖激光器產(chǎn)生多個脈沖激光，并使得多脈沖激光聚焦在待測樣品上相同位置，降低成本，并提高了分析靈敏度。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個實施例提供了一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，包括:
[0007]脈沖激光器，用于產(chǎn)生脈沖激光；
[0008]光程延長回路裝置，所述光程延長回路裝置包括光路分光裝置、脈沖延時裝置和第一光路導(dǎo)引裝置，所述光路分光裝置用于將所述脈沖激光分成第一脈沖激光和第二脈沖激光，所述脈沖延時裝置用于增加所述第二脈沖激光的光程，所述第一光路導(dǎo)引裝置用于改變所述增加光程的第二脈沖激光的光路；
[0009]第二光路導(dǎo)引裝置，用于改變所述第一脈沖激光的光路；
[0010]光路匯合裝置，用于將所述第一脈沖激光和所述增加光程的第二脈沖激光匯合到一個相同的特定光路中；
[0011]數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)包括聚焦鏡、光譜儀和計算機(jī)，所述聚焦鏡用于將在所述特定光路中的第一脈沖激光和第二脈沖激光聚焦在同一位置，并通過所述光纖、光譜儀和計算機(jī)分析處理得到檢測數(shù)據(jù)。
[0012]本發(fā)明采用一個脈沖激光器，通過一個光程延長回路裝置對脈沖激光器發(fā)射出的脈沖激光分成兩束脈沖激光，延長其中一個脈沖激光的光程，并將兩束脈沖激光匯合到一個光路中即可實現(xiàn)一個脈沖激光器發(fā)射出兩束光程不一樣的脈沖激光的目的，同時將兩束光程不一樣的脈沖激光聚焦在樣品的同一位置，即可實現(xiàn)雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測。減少了脈沖激光器的數(shù)量，并節(jié)省了成本。
[0013]優(yōu)選的，所述光路分光裝置包括透射反射鏡，用于將所述脈沖激光反射成第一脈沖激光和透射成第二脈沖激光；所述第一光路導(dǎo)引裝置包括與所述脈沖激光的偏振態(tài)相同的第一偏振片；所述第二光路導(dǎo)引裝置包括第一反射鏡；所述光路匯合裝置包括第二偏振片；所述光程延長回路裝置還包括1/4波片和反射鏡，其中從所述透射反射鏡透射出來的第二脈沖激光依次經(jīng)過第一偏振片、脈沖延時裝置、1/4波片和反射鏡，并經(jīng)過反射鏡原路反射后的第二脈沖激光再次經(jīng)過所述1/4波片、脈沖延時裝置、第一偏振片和第二偏振片后入射到所述特定光路中，所述第一脈沖激光依次經(jīng)過第一反射鏡和第二偏振片后入射到所述特定光路中。其中第一反射鏡可以是平面反射鏡或凹面反射鏡，第二偏振片的偏振態(tài)可以和脈沖激光的偏振態(tài)相同或垂直，當(dāng)?shù)诙衿钠駪B(tài)和脈沖激光的偏振態(tài)相同時，第二偏振片將增加光程的第二脈沖激光反射到特定光路中，并將第一脈沖激光透射到特定光路中；當(dāng)?shù)诙衿兔}沖激光的偏振態(tài)垂直時，第二偏振片將增加光程的第二脈沖激光透射到特定光路中，并將第一脈沖激光反射到特定光路中。
[0014]優(yōu)選的，透射反射鏡為半透射半反射鏡。可以將脈沖激光分成強(qiáng)度相等的兩束脈沖激光。
[0015]優(yōu)選的，在所述第二偏振片和所述聚焦鏡之間還設(shè)有第二反射鏡，所述第二反射鏡將所述特定光路上的第一脈沖激光和第二脈沖激光反射到聚焦鏡上。第二反射鏡可以調(diào)節(jié)脈沖激光的方向，使得脈沖激光能夠反射到聚焦鏡上。
[0016]優(yōu)選的，所述脈沖延時裝置為兩個平面反射鏡或兩個凹面反射鏡，所述兩個平面反射鏡或兩個凹面反射鏡之間的距離能夠調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)兩個反射鏡的距離，可以調(diào)節(jié)脈沖激光增加的光程。
[0017]優(yōu)選的，所述平面反射鏡上具有通孔或凹槽。通孔或凹槽便于脈沖激光從通孔或凹槽入射和反射。
[0018]優(yōu)選的，所述凹面反射鏡上具有通孔或凹槽。通孔或凹槽便于脈沖激光從通孔或凹槽入射和反射。
[0019]優(yōu)選的，在所述第一偏振片和脈沖延時裝置之間還設(shè)有兩個光路調(diào)整反射鏡，用于調(diào)整光路。光路調(diào)整反射鏡可以調(diào)整脈沖激光入射到脈沖延時裝置的入射角，從而非常方便的調(diào)節(jié)脈沖激光的光程，并能夠在不改變第一偏振片、1/4波片和反射鏡的前提下使得脈沖激光沿著相同的光路入射和反射。
[0020]優(yōu)選的，所述脈沖激光器為納秒激光器、皮秒激光器或飛秒激光器，所述脈沖激光的偏振態(tài)為水平偏振或垂直偏振。
[0021]優(yōu)選的，還包括第二光程延長回路裝置和第二光路匯合裝置，所述第二光程延長回路裝置用于將所述第一脈沖激光分成第三脈沖激光和第四脈沖激光，增加所述第三脈沖激光的光程，改變增加光程的第三脈沖激光的光路，所述第二光路導(dǎo)引裝置用于改變所述第四脈沖激光的光路，第二光路匯合裝置和所述光路匯合裝置用于將所述第四脈沖激光、所述增加光程的第三脈沖激光和所述增加光程的第二脈沖激光匯合到所述特定光路中。兩個光程延長回路裝置和光路匯合裝置能夠?qū)⒚}沖激光分成三束脈沖激光，各自調(diào)節(jié)其中兩個脈沖激光的光程并將三束脈沖激光匯聚到相同的光路中，這樣可以實現(xiàn)將一個脈沖激光器發(fā)射的脈沖激光分成三個不同光程的脈沖激光并聚焦在樣品的同一位置。
[0022]當(dāng)然，還可以包括N個光程延長回路裝置和N個光路匯合裝置，將脈沖激光器發(fā)射出的一束脈沖激光分成N+1個不同光程的脈沖激光，并通過光路匯合裝置將N+1個不同光程的脈沖激光匯合在同一個光路中。其中N為正整數(shù)。這樣即可實現(xiàn)任意多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]以下參照附圖對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步說明，其中:
[0024]圖1是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)第一個實施例的變形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是圖1所示的脈沖延時裝置和兩個光路調(diào)整反射鏡相配合使用調(diào)整光程的一個示意圖。
[0027]圖4是圖1所示的脈沖延時裝置和兩個光路調(diào)整反射鏡相配合使用調(diào)整光程的另一個不意圖。
[0028]圖5是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)第二個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖6是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)的脈沖延時裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖7是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)的脈沖延時裝置的平面示意圖。

【具體實施方式】
[0031]為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖通過具體實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032]圖1是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)第一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示是一個雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，包括一個脈沖激光器1、一個光程延長回路裝置2 (圖1所示虛線框)、光路匯合裝置11、第二光路導(dǎo)引裝置3和數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)4 (圖1所示虛線框)。光程延長回路裝置2包括透射反射鏡5、第一偏振片6、兩個光路調(diào)整反射鏡7、脈沖延時裝置8、1/4波片9、反射鏡10，光路匯合裝置11為一個第二偏振片11，第一偏振片6和第二偏振片11的偏振態(tài)相同,且與脈沖激光的偏振態(tài)相同。數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)4包括聚焦鏡13、載物臺14、光纖15、光譜儀16和計算機(jī)17。
[0033]脈沖激光器I發(fā)射出垂直偏振的脈沖激光L (圖1所示空心箭頭)，經(jīng)過透射反射鏡5后被反射成第I脈沖激光a和透射成第2脈沖激光b共2個脈沖激光,透射反射鏡5可以為半透射半反射鏡，經(jīng)過半透射半反射鏡5的分光后，第I脈沖激光a和第2脈沖激光b的強(qiáng)度一樣。
[0034]在第2脈沖激光b的光路上，第2脈沖激光b經(jīng)過第一偏振片6，第一偏振片6的偏振態(tài)與脈沖激光器I發(fā)射出的脈沖激光的偏振態(tài)相同，也為垂直偏振方向，能夠使得第2脈沖激光b能夠透過第一偏振片6，垂直偏振的第2脈沖激光b入射到兩個光路調(diào)整反射鏡7上，光路調(diào)整反射鏡7為平面反射鏡，用以改變第2脈沖激光b的入射方向，使得第2脈沖激光b能夠入射到脈沖延時裝置8上，第2脈沖激光b在脈沖延時裝置8經(jīng)過多次的來回反射，最后從脈沖延時裝置8出射，因此增加了第2脈沖激光b的光程。從脈沖延時裝置8的出射光束入射到1/4波片9上，經(jīng)過1/4波片9后，垂直偏振的第2脈沖激光b變成圓偏振光，從1/4波片9出射的光垂直入射到反射鏡10上，反射鏡10的反射光再次經(jīng)過1/4波片9后變成水平偏振的第2脈沖激光b，水平偏振的第2脈沖激光b入射進(jìn)入脈沖延時裝置8中，并再次在脈沖延時裝置8中經(jīng)過多次來回反射，從而實現(xiàn)第2脈沖激光b的光程的第二次增加，最后出射到光路調(diào)整反射鏡7上，通過兩個平面反射鏡7對光路的調(diào)整，使得水平偏振的第2脈沖激光b入射到垂直偏振的第一偏振片6上,第一偏振片6將水平偏振的第2脈沖激光b反射到第二偏振片11，第二偏振片11將水平偏振的第2脈沖激光b反射到特定光路O上(圖1中實心箭頭方向)。
[0035]第I脈沖激光a入射到第二光路導(dǎo)引裝置3上，第二光路導(dǎo)引裝置3反射第I脈沖激光a，并經(jīng)過第二偏振片11透射到特定光路O上，從而使得第I脈沖激光a和增加光程后的第2脈沖激光b在同一個特定光路O上。在本實施例中，第二光路導(dǎo)引裝置3為平面反射鏡，在其他的實施例中第二光路導(dǎo)引裝置3還可以是曲面反射鏡。
[0036]在第二偏振片11和聚焦鏡13之間設(shè)有第二反射鏡12，第二反射鏡12將特定光路O上的第I脈沖激光a和第2脈沖激光b先后的反射到聚焦鏡13上，通過聚焦鏡13的對光線的匯聚使得第I脈沖激光a和第2脈沖激光b先后聚焦在載物臺14上待測樣品上的同一位置，從而實現(xiàn)雙脈沖LIBS技術(shù)，由于兩路脈沖激光經(jīng)過的光程不同，因此產(chǎn)生了時間上的延遲，兩路脈沖激光在樣品上完成燒蝕和等離子體激發(fā)，形成瞬態(tài)高溫度高密度等離子體，這一等離子體激發(fā)過程產(chǎn)生發(fā)射光譜信號，光纖15接收到等離子體光譜信號，傳輸至光譜儀16，通過與光譜儀16連接的計算機(jī)17中相應(yīng)的分析軟件處理即可得到光譜信息并保存在計算機(jī)17中。
[0037]在圖1所示的實施例中，脈沖延時裝置8為兩個平面反射鏡，兩個平面反射鏡之間的距離可以調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)脈沖延時裝置8中的兩個平面反射鏡的距離即可調(diào)節(jié)脈沖激光的光程。在其他的實施例中，脈沖延時裝置8還可以是兩個凹面反射鏡。
[0038]圖2是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)第一個實施例的變形結(jié)構(gòu)不意圖。其與圖1基本相同，區(qū)別在于第二偏振片11的偏振方向和第一偏振片6的偏振方向垂直，即在本實施例中第二偏振片11為水平偏振態(tài)。因此經(jīng)過光程延長且為水平偏振的第二脈沖激光b在被垂直偏振的第一偏振片6反射后入射到第二偏振片11,由于第二偏振片11和增加光程后的第二脈沖激光b的偏振態(tài)相同，因此第二偏振片11將透射第二脈沖激光b到特定光路O上(圖2實心箭頭方向所示)。其中垂直偏振的第一脈沖激光a經(jīng)過第二光路導(dǎo)引裝置3反射到第二偏振片11上，并經(jīng)過第二偏振片11反射到特定光路O上(圖2實心箭頭方向所示)。最終，第二偏振片11將第一脈沖激光a和增加光程的第二脈沖激光b匯聚在同一個特定光路中。在本實施例中，第二偏振片11和聚焦鏡13之間還可以設(shè)有反射鏡，用于將脈沖激光反射到聚焦鏡13上。
[0039]圖3和圖4是圖1所示的脈沖延時裝置和兩個光路調(diào)整反射鏡相配合使用調(diào)整光程的示意圖。如圖3所示，當(dāng)脈沖延時裝置8中的兩個平面反射鏡的距離增大并且脈沖激光入射到平面反射鏡的入射角不變時，導(dǎo)致脈沖激光在脈沖延時裝置8中的反射次數(shù)減少。從而使得脈沖激光的光程發(fā)生改變。圖4和圖3基本相同，區(qū)別在于，脈沖激光入射到平面反射鏡的入射角減小，這樣兩個平面反射鏡在相同的距離條件下，脈沖激光會在脈沖延時裝置8中經(jīng)過多次來回反射，從而改變脈沖激光的光程。在調(diào)節(jié)脈沖激光的光程時，可以通過兩個光路調(diào)整反射鏡7改變?nèi)肷涞矫}沖延時裝置8的入射角，因此在使用過程中，脈沖激光器1、透射反射鏡5、第一偏振片6和第二偏振片11都不需要調(diào)整，能夠方便的調(diào)整脈沖激光的光程。
[0040]在光程延長回路裝置中，如果脈沖激光在脈沖延時裝置中經(jīng)過多次反射后的光程增加量為Al，由于脈沖激光兩次通過脈沖延時裝置，那么脈沖延遲時間At可以根據(jù)如下關(guān)系式計算得出:
* 2Δ/
[0041]At S1-

C
[0042]其中，c為光速。
[0043]圖5是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)第二個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示是一個三脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，包括一個脈沖激光器1、兩個光程延長回路裝置2和22 (圖5所示虛線框)、兩個光路匯合裝置11和211、第二光路導(dǎo)引裝置3和數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)4(圖5所示虛線框)。其中光程延長回路裝置2包括透射反射鏡5、第一偏振片6、兩個光路調(diào)整反射鏡7、脈沖延時裝置8、1/4波片9、反射鏡10，其中光路匯合裝置11為第二偏振片11，光路匯合裝置211為第三偏振片211，第一偏振片6和第二偏振片11的偏振態(tài)相同，且與脈沖激光的偏振態(tài)相同。光程延長回路裝置22和光程延長回路裝置2 —樣，同樣包括透射反射鏡25、第四偏振片26、兩個光路調(diào)整反射鏡27、脈沖延時裝置28、1/4波片29和反射鏡210,第四偏振片26和第三偏振片211的偏振態(tài)相同，且與脈沖激光的偏振態(tài)相同。光程延長回路裝置22和光程延長回路裝置2的區(qū)別在于脈沖延時裝置28包括兩個凹面反射鏡，在其他的實施例中，脈沖延時裝置既可以是兩個凹面反射鏡，也可以是兩個平面反射鏡。數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)4包括聚焦鏡13、載物臺14、光纖15、光譜儀16和計算機(jī)17。
[0044]脈沖激光器I發(fā)射出垂直偏振的脈沖激光L (圖5所示空心箭頭L所示)，經(jīng)過透射反射鏡5后被反射成第I脈沖激光a,以及被透射成第2脈沖激光b,第I脈沖激光a在經(jīng)過光程延長回路裝置22中的透射反射鏡25時，被反射成第3脈沖激光c和被透射成第4脈沖激光a',第4脈沖激光a'和第I脈沖激光a的偏振方向相同，光路方向也相同，區(qū)別在于第4脈沖激光a'的強(qiáng)度小于第I脈沖激光a。這樣，兩個光程延長回路裝置2和22最終將脈沖激光L分成第4脈沖激光a'、第2脈沖激光b和第3脈沖激光c共三個脈沖激光。
[0045]在第4脈沖激光a'的光路上，第4脈沖激光a'經(jīng)過第一反射鏡3后被反射到第三偏振片211，第三偏振片211將第4脈沖激光a'透射到特定光路O上(圖5中實心箭頭方向)。
[0046]在第2脈沖激光b的光路上，第2脈沖激光b依次經(jīng)過第一偏振片6、兩個光路調(diào)整反射鏡7、脈沖延時裝置8、1/4波片9和反射鏡10，通過調(diào)整反射鏡10的角度使得第2脈沖激光b垂直入射到反射鏡10上，經(jīng)過反射鏡10反射后，第2脈沖激光b按照原光路返回，依次經(jīng)過1/4波片9、脈沖延時裝置8、兩個光路調(diào)整反射鏡7后入射到第一偏振片6上，垂直偏振的第2脈沖激光b來回兩次經(jīng)過1/4波片9后變成水平偏振方向，最后經(jīng)第一偏振片6和第二偏振片11反射到特定光路O上。第2脈沖激光b經(jīng)過光程延長回路裝置2和第二偏振片11后，偏振方向發(fā)生改變并且光程增加，最終入射到特定光路O上。
[0047]在第3脈沖激光c的光路上，第3脈沖激光c依次經(jīng)過第一偏振片26、兩個光路調(diào)整反射鏡27、脈沖延時裝置28、1/4波片29和反射鏡210，通過調(diào)整反射鏡210的角度使得第3脈沖激光c垂直入射到反射鏡210上，經(jīng)過反射鏡210反射后，第3脈沖激光c按照原光路返回，經(jīng)過1/4波片29后變成水平偏振方向，之后再次經(jīng)過脈沖延時裝置28和兩個光路調(diào)整反射鏡27入射到第四偏振片26上，由于第四偏振片26和第三偏振片211的偏振方向都和脈沖激光L的偏振方向相同，即為垂直偏振,因此第3脈沖激光c被第一偏振片26和第三偏振片211反射，并被反射到第二偏振片11,第二偏振片11先后將第4脈沖激光a'和第3脈沖激光c透射到特定光路O上。
[0048]在本發(fā)明第二個實施方式的其他變形結(jié)構(gòu)中，第一偏振片6、第三偏振片211和第四偏振片26都和脈沖激光器反射的脈沖激光的偏振態(tài)相同，而第二偏振片11的偏振態(tài)和脈沖激光的偏振態(tài)垂直，這樣與圖2所示相同，第二偏振片11透射增加光程的第2脈沖激光b,并將第2脈沖激光b匯合在一個光路中，同時第二偏振片11反射第3脈沖激光c和第4脈沖激光a'，并將第3脈沖激光c和第4脈沖激光a'匯合在與第2脈沖激光b相同的一個光路中。
[0049]在本實施例中，脈沖激光器發(fā)射的脈沖激光被兩個光程延長回路裝置2和22分成第4脈沖激光a'、第2脈沖激光b和第3脈沖激光C，并且光程延長回路裝置2和22分別增加了第2脈沖激光b和第3脈沖激光c的光程，并且實現(xiàn)了脈沖間隔時間可調(diào)，最后第4脈沖激光a'、第2脈沖激光b和第3脈沖激光c都被反射到特定光路O中。第二反射鏡12將特定光路O中的第4脈沖激光a'、第2脈沖激光b和第3脈沖激光c先后反射到聚焦鏡13上，通過聚焦鏡13對光線的匯聚使得第4脈沖激光a'、第2脈沖激光b和第3脈沖激光c先后聚焦在載物臺14上的待測樣品上的同一位置，從而實現(xiàn)三脈沖LIBS技術(shù)，最后通過光纖、光譜儀和計算機(jī)分析處理得到檢測數(shù)據(jù)。
[0050]其中，第2脈沖激光b和第3脈沖激光c的光程可以分別通過調(diào)節(jié)脈沖延時裝置8和28改變，即可以使得第2脈沖激光b先入射到聚焦鏡13，也可以使得第3脈沖激光c先入射到聚焦鏡13。
[0051]為了控制第4脈沖激光a'、第2脈沖激光b和第3脈沖激光c的光強(qiáng)度一樣，透射反射鏡5可以是三分之一透射三分之二反射，且透射反射鏡25可以是半透射半反射鏡。
[0052]上述實施例中的脈沖激光L為532nm、單脈沖能量10mJ,脈沖寬度10ns，重復(fù)頻率10Hz，偏振方向垂直偏振，在其他的實施例中，脈沖激光L還可以是水平偏振，且使得第一偏振片6、第二偏振片11、第三偏振片211、第四偏振片26和脈沖激光L的偏振方向相同即可。脈沖激光器可以是納秒激光器、皮秒激光器或飛秒激光器，
[0053]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可知，雖然本發(fā)明的實施例中只是示意性的列舉了雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)和三脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，但是本發(fā)明并不限于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在本發(fā)明的基礎(chǔ)上，任意增加一個或多個光程延長回路裝置和光路匯合裝置共N個光程延長回路裝置和N個光路匯合裝置(N為大于O的自然數(shù))，將脈沖激光L分成N+1個脈沖激光，并增加其中N個激光脈沖的光程，并將所有N+1個脈沖激光發(fā)射到一個特定光路中，從而實現(xiàn)多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線擊穿系統(tǒng)。
[0054]圖6是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)的脈沖延時裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示,脈沖延時裝置8為兩個平面反射鏡,平面反射鏡上各自具有通孔81和82，通孔81、82用于脈沖激光的入射和出射。例如，脈沖激光經(jīng)通孔81入射，在脈沖延時裝置8中經(jīng)過多次反射并增加脈沖激光的光程后，最后經(jīng)通孔82出射。當(dāng)然，脈沖激光也可以從通孔82入射，經(jīng)通孔81出射。本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，脈沖激光還可以是從其中一個平面反射鏡的邊緣入射到另一個平面反射鏡上，經(jīng)兩個平面反射鏡的多次反射后，最后經(jīng)另一個平面反射鏡的邊緣反射出去。
[0055]圖7是本發(fā)明多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)的脈沖延時裝置的平面示意圖。在平面反射鏡的邊緣處具有凹槽83，便于脈沖激光的入射和出射。
[0056]在其他的實施方式中，脈沖延時裝置8還可以是兩個凹面反射鏡28，兩個凹面反射鏡28中各自具有通孔81和82 (圖中未示出)，或者是在凹面反射鏡28的邊緣處具有凹槽83 (圖中未示出)。
[0057]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括: 脈沖激光器(1)，用于產(chǎn)生脈沖激光； 光程延長回路裝置(2)，所述光程延長回路裝置(2)包括光路分光裝置(5)、脈沖延時裝置(8 )和第一光路導(dǎo)弓I裝置(6 )，所述光路分光裝置(5 )用于將所述脈沖激光分成第一脈沖激光和第二脈沖激光，所述脈沖延時裝置(8)用于增加所述第二脈沖激光的光程，所述第一光路導(dǎo)引裝置(6)用于改變所述增加光程的第二脈沖激光的光路； 第二光路導(dǎo)引裝置(3)，用于改變所述第一脈沖激光的光路； 光路匯合裝置(11)，用于將所述第一脈沖激光和所述增加光程的第二脈沖激光匯合到一個相同的特定光路中； 數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)(4)，所述數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)(4)包括聚焦鏡(13)、光譜儀(16)和計算機(jī)(17)，所述聚焦鏡(13)用于將在所述特定光路中的第一脈沖激光和第二脈沖激光聚焦在同一位置，并通過所述光譜儀(16)和計算機(jī)(17)分析處理得到檢測數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于， 所述光路分光裝置(5)包括透射反射鏡(5)，用于將所述脈沖激光反射成第一脈沖激光和透射成第二脈沖激光； 所述第一光路導(dǎo)引裝置(6)包括與所述脈沖激光的偏振態(tài)相同的第一偏振片(6)； 所述第二光路導(dǎo)引裝置(3)包括第一反射鏡(3)； 所述光路匯合裝置(11)包括第二偏振片(11); 所述光程延長回路裝置(2)還包括1/4波片(9)和反射鏡(10)，其中從所述透射反射鏡(5)透射出來的第二脈沖激光依次經(jīng)過第一偏振片(6)、脈沖延時裝置(8)、1/4波片(9)和反射鏡(10)，并經(jīng)過反射鏡(10)原路反射后的第二脈沖激光再次經(jīng)過所述1/4波片(9)、脈沖延時裝置(8)、第一偏振片(6)和第二偏振片(11)后入射到所述特定光路中，所述第一脈沖激光依次經(jīng)過第一反射鏡(3)和第二偏振片(11)后入射到所述特定光路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述透射反射鏡(5)為半透射半反射鏡(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，在所述第二偏振片(11)和所述聚焦鏡(13)之間還設(shè)有第二反射鏡(12)，所述第二反射鏡(12)將所述特定光路上的第一脈沖激光和第二脈沖激光反射到聚焦鏡(13)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖延時裝置(8 ；28)為兩個平面反射鏡(8)或兩個凹面反射鏡(28)，所述兩個平面反射鏡(8)或兩個凹面反射鏡(28)之間的距離能夠調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述平面反射鏡(8)上具有通孔(81 ；82)或凹槽(83)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述凹面反射鏡(28)上具有通孔(81 ；82)或凹槽(83)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一偏振片(6)和脈沖延時裝置(8)之間還設(shè)有兩個光路調(diào)整反射鏡(7)，用于調(diào)整光路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖激光器(I)為納秒激光器、皮秒激光器或飛秒激光器，所述脈沖激光的偏振態(tài)為水平偏振或垂直偏振。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜在線檢測系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 第二光程延長回路裝置(22)，所述第二光程延長回路裝置(22)用于將所述第一脈沖激光分成第三脈沖激光和第四脈沖激光，增加所述第三脈沖激光的光程，改變所述增加光程的第三脈沖激光的光路，所述第二光路導(dǎo)引裝置(3)用于改變所述第四脈沖激光的光路； 第二光路匯合裝置(211)，所述第二光路匯合裝置(211)和所述光路匯合裝置(11)用于將所述第四脈沖激光、所述增加光程的第三脈沖激光和所述增加光程的第二脈沖激光匯合到所述特定光路中。
【文檔編號】G01N21/71GK104181146SQ201310191353
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】劉洋, 余錦, 樊仲維, 貊澤強(qiáng), 聶樹真 申請人:中國科學(xué)院光電研究院