一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光等離子體光譜檢測領(lǐng)域，特別是指一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-1nducedbreakdown spectroscopy，簡稱為 LIBS)是米用聚焦的高能量脈沖激光入射到樣品的表面產(chǎn)生等離子體，通過分析該等離子體的輻射光譜，從而推導(dǎo)出樣品的元素組成成分及含量。LIBS技術(shù)具有很多顯著優(yōu)點(diǎn):能夠探測所有元素，可同時檢測多種元素，無需真空，樣品制備簡單或無需制備，被分析樣品幾乎無損，可以實(shí)時分析，原位探測和遠(yuǎn)程探測等。但是，探測極限差、分析精度低，導(dǎo)致LIBS的探測靈敏度低已成為該技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。針對以上LIBS的不足，通過增強(qiáng)LIBS的光譜強(qiáng)度，改善LIBS檢測的靈敏度和精度，可以提高LIBS的探測靈敏度。大量的研究工作結(jié)果表明，磁約束裝置、空間約束裝置、雙脈沖激發(fā)均能明顯提高激光誘導(dǎo)等離子體光譜譜線強(qiáng)度。
[0003]但磁約束裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不便，效率較低，一般只能放大2-3倍，需要消耗電能。雙脈沖激發(fā)方式放大效果較好，但成本較高，光路搭建復(fù)雜。常用的空間約束裝置功能單一，不能直接采集光譜，裝置搭建復(fù)雜，放大效果最好的半球形能增強(qiáng)12倍。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置。
[0005]該裝置包括發(fā)散腔、聚焦透鏡、匯聚腔、光纖探頭、底座、可調(diào)樣品臺、惰性氣體接口和激光濾波片，其中，發(fā)散腔、聚焦透鏡、底座和激光濾波片組成封閉空間，惰性氣體接口接在發(fā)散腔上，聚焦透鏡另一側(cè)連接匯聚腔，匯聚腔與發(fā)散腔通過螺母連接固定，光纖探頭在匯聚腔上，可調(diào)樣品臺安裝在底座上，可調(diào)樣品臺上放置樣品，激光激發(fā)樣品產(chǎn)生等離子體。
[0006]發(fā)散腔能將等離子體球面發(fā)射出的光譜反射成平行光，經(jīng)過聚焦透鏡之后，將光線聚焦在匯聚腔的光纖探頭上，相比傳統(tǒng)收光方式接收少量的光譜，本裝置接收了左半球反射和右半球直射的大部分光譜，實(shí)現(xiàn)增大收光面積的作用，從而大大增強(qiáng)光譜強(qiáng)度。
[0007]激發(fā)出的等離子體被約束發(fā)散腔與聚焦透鏡以及底座、激光濾波片圍成的封閉空間內(nèi)，伴隨該等離子體產(chǎn)生的沖擊波將以超音速向外傳播，當(dāng)其傳播到該封閉空腔內(nèi)壁時在內(nèi)壁上發(fā)生反射，反射回來的沖擊波將壓縮等離子體，被壓縮后的等離子體體積變小，等離子內(nèi)部溫度增加并變得更亮，從而釋放出更強(qiáng)的原子、離子光譜。
[0008]發(fā)散腔、聚焦透鏡以及底座、激光濾波片圍成的封閉空間內(nèi)通過惰性氣體接口充入惰性氣體，隔離空氣，避免了空氣中元素成分的干擾，減小了空氣對測量結(jié)果的干擾。
[0009]激光濾波片只能允許與激光波長相同的光進(jìn)入，阻擋其他波長的光進(jìn)入裝置，從而沒有外界背景光干擾，增大了信噪比。
[0010]發(fā)散腔的焦點(diǎn)與聚焦透鏡的左側(cè)焦點(diǎn)位置重合，聚焦透鏡的右側(cè)焦點(diǎn)在匯聚腔的光纖探頭上，實(shí)現(xiàn)了左側(cè)發(fā)散腔反射出的光經(jīng)過聚焦透鏡的作用后能夠準(zhǔn)確的聚焦在匯聚腔的光纖探頭上。
[0011]底座安裝有可調(diào)樣品臺，能夠調(diào)整樣品尚度，通過調(diào)節(jié)可調(diào)樣品臺能控制樣品上表面與發(fā)散腔焦點(diǎn)的距離，即激光激發(fā)樣品產(chǎn)生的等離子體能始終位于焦點(diǎn)位置，并且可使樣品旋轉(zhuǎn)一定角度，實(shí)現(xiàn)樣品多個位置的測量。
[0012]發(fā)散腔內(nèi)壁使用包括但不限于嵌入某種曲線的凹面鏡，或在發(fā)散腔內(nèi)壁通過鍍膜的方式反射等離子體光譜。
[0013]該裝置與脈沖激光器、光路系統(tǒng)、光譜儀、惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的光譜增強(qiáng)。
[0014]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0015]1、結(jié)合空間約束和光譜反射后再匯聚能使光譜強(qiáng)度大大增強(qiáng)；
[0016]2、裝置腔內(nèi)部密封，幾乎沒有背景光干擾，且有惰性氣體的保護(hù)，信噪比高；
[0017]3、裝置使用方便，可調(diào)節(jié)樣品高度和位置，匯聚腔安裝光纖探頭方便光譜采集；
[0018]4、裝置成本低，無需消耗其他能源。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型的激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置安裝關(guān)系示意圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型的激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置內(nèi)部光路示意圖。
[0022]其中:1_發(fā)散腔；2_聚焦透鏡；3_匯聚腔；4_光纖探頭；5-底座；6_可調(diào)樣品臺；
7-樣品；8_等離子體；9_惰性氣體接口 ；10_激光濾波片。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0024]本實(shí)用新型針對現(xiàn)有的LIBS增強(qiáng)裝置靈敏度差、裝置復(fù)雜等問題，提供一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置。
[0025]如圖1所示，該裝置包括發(fā)散腔1、聚焦透鏡2、匯聚腔3、光纖探頭4、底座5、可調(diào)樣品臺6、惰性氣體接口 9和激光濾波片10，發(fā)散腔1、聚焦透鏡2、底座5和激光濾波片10組成封閉空間，惰性氣體接口 9接在發(fā)散腔I上，聚焦透鏡2另一側(cè)連接匯聚腔3，匯聚腔3與發(fā)散腔I通過螺母連接固定，光纖探頭4在匯聚腔3上，可調(diào)樣品臺6安裝在底座5上，可調(diào)樣品臺6上放置樣品7，激光激發(fā)樣品7產(chǎn)生等離子體8。
[0026]如圖2所示，該裝置與脈沖激光器、光路系統(tǒng)、光譜儀、惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的光譜增強(qiáng)。
[0027]使用前將聚焦透鏡2置于發(fā)散腔I與匯聚腔3中間的安裝位中，兩腔通過螺母連接固定，夾緊聚焦透鏡2使之成為整體。將樣品7放置于底座5的可調(diào)樣品臺6上，調(diào)整可調(diào)樣品臺6使樣品7上表面與底座5上表面距離合適，這樣就能保證等離子體8在發(fā)散腔內(nèi)的凹面鏡焦點(diǎn)處。搭建好脈沖激光器、光譜儀，外部光路系統(tǒng)后，調(diào)節(jié)外部光路使激光聚焦在樣品7表面。最后將連接好的發(fā)散腔1、聚焦透鏡2、匯聚腔3整體置于底座5上方，使之貼合緊密成為整體。至此裝置安裝完成，接下來將惰性氣體通過惰性氣體接口 9接入發(fā)散腔1，光譜儀的光纖連接匯聚腔3即可。
[0028]如圖3所示，實(shí)驗(yàn)時脈沖激光通過外部光路系統(tǒng)聚焦后穿過發(fā)散腔I上的激光濾波片10打在樣品7上，光譜經(jīng)發(fā)散腔I內(nèi)壁的反射成平行光射向聚焦透鏡2，經(jīng)過聚焦透鏡2的聚焦后在匯聚腔3底部的光纖探頭5上形成焦點(diǎn)，將左側(cè)半球大面積的反射光線和右邊球的直射光線匯集到光纖探頭5大大增強(qiáng)了光譜強(qiáng)度。另一方面激發(fā)出的等離子體8被約束在發(fā)散腔1、聚焦透鏡2以及底座5圍成的封閉空間內(nèi)，伴隨該等離子體8產(chǎn)生的沖擊波將以超音速向外傳播，當(dāng)其傳播到該封閉空腔內(nèi)壁時在內(nèi)壁上發(fā)生反射，反射回來的沖擊波將壓縮等離子體8，被壓縮后的等離子體8體積變小，等離子內(nèi)部溫度增加并變得更亮，從而釋放出更強(qiáng)的原子、離子光譜。
[0029]以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于:包括發(fā)散腔(I)、聚焦透鏡(2)、匯聚腔(3)、光纖探頭(4)、底座(5)、可調(diào)樣品臺￠)、惰性氣體接口(9)和激光濾波片(10)，發(fā)散腔(I)、聚焦透鏡(2)、底座(5)和激光濾波片(10)組成封閉空間，惰性氣體接口(9)接在發(fā)散腔(I)上，聚焦透鏡(2)另一側(cè)連接匯聚腔(3)，匯聚腔(3)與發(fā)散腔(I)通過螺母連接固定，光纖探頭(4)在匯聚腔(3)上，可調(diào)樣品臺(6)安裝在底座(5)上，可調(diào)樣品臺(6)上放置樣品(7)，激光激發(fā)樣品(7)產(chǎn)生等離子體(8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于:所述發(fā)散腔(I)將等離子體(8)球面發(fā)射出的光譜反射成平行光，經(jīng)過聚焦透鏡(2)之后，將光線聚焦在匯聚腔(3)的光纖探頭(4)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于:所述發(fā)散腔(I)、聚焦透鏡⑵以及底座(5)、激光濾波片(10)圍成的封閉空間內(nèi)通過惰性氣體接口(9)充入惰性氣體，隔離空氣。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于:所述激光濾波片(10)只能允許與激光波長相同的光進(jìn)入，阻擋其他波長的光進(jìn)入裝置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于:所述發(fā)散腔⑴的焦點(diǎn)與聚焦透鏡⑵的左側(cè)焦點(diǎn)位置重合，聚焦透鏡⑵的右側(cè)焦點(diǎn)在匯聚腔(3)的光纖探頭⑷上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于:通過調(diào)節(jié)可調(diào)樣品臺(6)的高度，控制樣品(7)上表面與發(fā)散腔(I)焦點(diǎn)的距離。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置，其特征在于:所述發(fā)散腔(I)內(nèi)壁使用嵌入曲線的凹面鏡，或在發(fā)散腔(I)內(nèi)壁通過鍍膜的方式反射等離子體光譜。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種激光誘導(dǎo)等離子體光譜增強(qiáng)裝置，屬于激光等離子體光譜檢測領(lǐng)域。該裝置包括發(fā)散腔、聚焦透鏡、匯聚腔、光纖探頭、底座、可調(diào)樣品臺、等離子體、惰性氣體接口和激光濾波片，發(fā)散腔、聚焦透鏡、底座和激光濾波片構(gòu)成封閉空間，惰性氣體接口接在發(fā)散腔上，樣品放在可調(diào)樣品臺上，可調(diào)樣品臺安裝在底座上，聚焦透鏡另一側(cè)為匯聚腔，光纖探頭在匯聚腔上，等離子體為激光激發(fā)樣品產(chǎn)生。該裝置與脈沖激光器、光路系統(tǒng)、光譜儀、惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的光譜增強(qiáng)。該裝置增強(qiáng)了等離子體光譜，減弱了背景光干擾，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無需消耗其他形式的能源，操作簡便。
【IPC分類】G01N21/63
【公開號】CN204903393
【申請?zhí)枴緾N201520620671
【發(fā)明人】陽建宏, 曹康, 徐金梧, 楊德斌, 黎敏, 孟凡星, 李曉萌
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月17日