一種激光誘導等離子體光譜增強裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及激光等離子體光譜檢測領域，特別是指一種激光誘導等離子體光譜增強裝置。
【背景技術】
[0002]激光誘導擊穿光譜(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生等離子體，通過分析該等離子體的輻射光譜，從而推導出樣品的元素組成成分及含量。LIBS技術具有很多顯著優點: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，可以實時分析，原位探測和遠程探測等。但是，探測極限差、分析精度低，導致LIBS的探測靈敏度低已成為該技術發展的瓶頸問題。針對以上LIBS的不足，通過增強LIBS的光譜強度，改善LIBS檢測的靈敏度和精度，可以提高LIBS的探測靈敏度。大量的研究工作結果表明，磁約束裝置、空間約束裝置、雙脈沖激發均能明顯提高激光誘導等離子體光譜譜線強度。
[0003]但磁約束裝置結構復雜，安裝不便，效率較低，一般只能放大2-3倍，需要消耗電能。雙脈沖激發方式放大效果較好，但成本較高，光路搭建復雜。常用的空間約束裝置功能單一，不能直接采集光譜，裝置搭建復雜，放大效果最好的半球形能增強12倍。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種激光誘導等離子體光譜增強裝置。
[0005]該裝置包括發散腔、聚焦透鏡、匯聚腔、光纖探頭、底座、可調樣品臺、惰性氣體接口和激光濾波片，其中，發散腔、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散腔上，聚焦透鏡另一側連接匯聚腔，匯聚腔與發散腔通過螺母連接固定，光纖探頭在匯聚腔上，可調樣品臺安裝在底座上，可調樣品臺上放置樣品，激光激發樣品產生等離子體。
[0006]發散腔能將等離子體球面發射出的光譜反射成平行光，經過聚焦透鏡之后，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，實現增大收光面積的作用，從而大大增強光譜強度。
[0007]激發出的等離子體被約束發散腔與聚焦透鏡以及底座、激光濾波片圍成的封閉空間內，伴隨該等離子體產生的沖擊波將以超音速向外傳播，當其傳播到該封閉空腔內壁時在內壁上發生反射，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，等離子內部溫度增加并變得更亮，從而釋放出更強的原子、離子光譜。
[0008]發散腔、聚焦透鏡以及底座、激光濾波片圍成的封閉空間內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果的干擾。
[0009]激光濾波片只能允許與激光波長相同的光進入，阻擋其他波長的光進入裝置，從而沒有外界背景光干擾，增大了信噪比。
[0010]發散腔的焦點與聚焦透鏡的左側焦點位置重合，聚焦透鏡的右側焦點在匯聚腔的光纖探頭上，實現了左側發散腔反射出的光經過聚焦透鏡的作用后能夠準確的聚焦在匯聚腔的光纖探頭上。
[0011]底座安裝有可調樣品臺，能夠調整樣品尚度，通過調節可調樣品臺能控制樣品上表面與發散腔焦點的距離，即激光激發樣品產生的等離子體能始終位于焦點位置，并且可使樣品旋轉一定角度，實現樣品多個位置的測量。
[0012]發散腔內壁使用包括但不限于嵌入某種曲線的凹面鏡，或在發散腔內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、光譜儀、惰性氣體保護系統共同實現激光誘導擊穿光譜技術的光譜增強。
[0014]本實用新型的上述技術方案的有益效果如下:
[0015]1、結合空間約束和光譜反射后再匯聚能使光譜強度大大增強；
[0016]2、裝置腔內部密封，幾乎沒有背景光干擾，且有惰性氣體的保護，信噪比高；
[0017]3、裝置使用方便，可調節樣品高度和位置，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為本實用新型的激光誘導等離子體光譜增強裝置結構示意圖；
[0020]圖2為本實用新型的激光誘導等離子體光譜增強裝置安裝關系示意圖；
[0021]圖3為本實用新型的激光誘導等離子體光譜增強裝置內部光路示意圖。
[0022]其中:1_發散腔；2_聚焦透鏡；3_匯聚腔；4_光纖探頭；5-底座；6_可調樣品臺；
7-樣品；8_等離子體；9_惰性氣體接口 ；10_激光濾波片。
【具體實施方式】
[0023]為使本實用新型要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0024]本實用新型針對現有的LIBS增強裝置靈敏度差、裝置復雜等問題，提供一種激光誘導等離子體光譜增強裝置。
[0025]如圖1所示，該裝置包括發散腔1、聚焦透鏡2、匯聚腔3、光纖探頭4、底座5、可調樣品臺6、惰性氣體接口 9和激光濾波片10，發散腔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接在發散腔I上，聚焦透鏡2另一側連接匯聚腔3，匯聚腔3與發散腔I通過螺母連接固定，光纖探頭4在匯聚腔3上，可調樣品臺6安裝在底座5上，可調樣品臺6上放置樣品7，激光激發樣品7產生等離子體8。
[0026]如圖2所示，該裝置與脈沖激光器、光路系統、光譜儀、惰性氣體保護系統共同實現激光誘導擊穿光譜技術的光譜增強。
[0027]使用前將聚焦透鏡2置于發散腔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的可調樣品臺6上，調整可調樣品臺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在發散腔內的凹面鏡焦點處。搭建好脈沖激光器、光譜儀，外部光路系統后，調節外部光路使激光聚焦在樣品7表面。最后將連接好的發散腔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接入發散腔1，光譜儀的光纖連接匯聚腔3即可。
[0028]如圖3所示，實驗時脈沖激光通過外部光路系統聚焦后穿過發散腔I上的激光濾波片10打在樣品7上，光譜經發散腔I內壁的反射成平行光射向聚焦透鏡2，經過聚焦透鏡2的聚焦后在匯聚腔3底部的光纖探頭5上形成焦點，將左側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大大增強了光譜強度。另一方面激發出的等離子體8被約束在發散腔1、聚焦透鏡2以及底座5圍成的封閉空間內，伴隨該等離子體8產生的沖擊波將以超音速向外傳播，當其傳播到該封閉空腔內壁時在內壁上發生反射，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，等離子內部溫度增加并變得更亮，從而釋放出更強的原子、離子光譜。
[0029]以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種激光誘導等離子體光譜增強裝置，其特征在于:包括發散腔(I)、聚焦透鏡(2)、匯聚腔(3)、光纖探頭(4)、底座(5)、可調樣品臺￠)、惰性氣體接口(9)和激光濾波片(10)，發散腔(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)接在發散腔(I)上，聚焦透鏡(2)另一側連接匯聚腔(3)，匯聚腔(3)與發散腔(I)通過螺母連接固定，光纖探頭(4)在匯聚腔(3)上，可調樣品臺(6)安裝在底座(5)上，可調樣品臺(6)上放置樣品(7)，激光激發樣品(7)產生等離子體(8)。2.根據權利要求1所述的一種激光誘導等離子體光譜增強裝置，其特征在于:所述發散腔(I)將等離子體(8)球面發射出的光譜反射成平行光，經過聚焦透鏡(2)之后，將光線聚焦在匯聚腔(3)的光纖探頭(4)上。3.根據權利要求1所述的一種激光誘導等離子體光譜增強裝置，其特征在于:所述發散腔(I)、聚焦透鏡⑵以及底座(5)、激光濾波片(10)圍成的封閉空間內通過惰性氣體接口(9)充入惰性氣體，隔離空氣。4.根據權利要求1所述的一種激光誘導等離子體光譜增強裝置，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入，阻擋其他波長的光進入裝置。5.根據權利要求1所述的一種激光誘導等離子體光譜增強裝置，其特征在于:所述發散腔⑴的焦點與聚焦透鏡⑵的左側焦點位置重合，聚焦透鏡⑵的右側焦點在匯聚腔(3)的光纖探頭⑷上。6.根據權利要求1所述的一種激光誘導等離子體光譜增強裝置，其特征在于:通過調節可調樣品臺(6)的高度，控制樣品(7)上表面與發散腔(I)焦點的距離。7.根據權利要求1所述的一種激光誘導等離子體光譜增強裝置，其特征在于:所述發散腔(I)內壁使用嵌入曲線的凹面鏡，或在發散腔(I)內壁通過鍍膜的方式反射等離子體光譜。
【專利摘要】本實用新型提供一種激光誘導等離子體光譜增強裝置，屬于激光等離子體光譜檢測領域。該裝置包括發散腔、聚焦透鏡、匯聚腔、光纖探頭、底座、可調樣品臺、等離子體、惰性氣體接口和激光濾波片，發散腔、聚焦透鏡、底座和激光濾波片構成封閉空間，惰性氣體接口接在發散腔上，樣品放在可調樣品臺上，可調樣品臺安裝在底座上，聚焦透鏡另一側為匯聚腔，光纖探頭在匯聚腔上，等離子體為激光激發樣品產生。該裝置與脈沖激光器、光路系統、光譜儀、惰性氣體保護系統共同實現激光誘導擊穿光譜技術的光譜增強。該裝置增強了等離子體光譜，減弱了背景光干擾，結構簡單，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
【申請號】CN201520620671
【發明人】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
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月17日