阅读说明：本技术 光路延时双脉冲libs装置 (Light path time-delay double-pulse LIBS device ) 是由 步扬 王远航 孙晨薇 徐静浩 王向朝 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种光路延时双脉冲LIBS装置。本装置采用分光镜将一台激光器射出的激光光束分成两束,其中一束光经过聚焦后直接照射在待测样品表面,另一束光先通过光路延时器延迟一定时间,再经过聚焦,最后照射在待测样品表面。通过选择反射率和透过率不同的分光镜,可以实现分光光束能量的调整。通过调整光路延时器,可以改变延时光路的光程,从而改变两束激光的光程差,实现延迟时间的改变。相较于现有的双脉冲LIBS装置,本装置只需要一台激光器,不需要数字延时脉冲发生器,降低了系统成本,缩小了系统体积,有利于双脉冲LIBS装置的集成、推广和小型化。(The invention discloses an optical path delay double-pulse LIBS device. The device adopts the spectroscope to divide a laser beam emitted by one laser into two beams, wherein one beam of light is focused and then directly irradiates the surface of a sample to be measured, and the other beam of light firstly delays for a certain time through the light path delayer, then is focused and finally irradiates the surface of the sample to be measured. The adjustment of the energy of the split beam can be realized by selecting the beam splitter with different reflectivity and transmittance. By adjusting the optical path delayer, the optical path of the delay optical path can be changed, so that the optical path difference of the two laser beams is changed, and the change of the delay time is realized. Compared with the existing double-pulse LIBS device, the device only needs one laser and does not need a digital delay pulse generator, so that the system cost is reduced, the system volume is reduced, and the integration, popularization and miniaturization of the double-pulse LIBS device are facilitated.)

光路延时双脉冲LIBS装置

技术领域

本发明涉及激光诊断和光谱探测领域，特别涉及一种光路延时双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是近年来发展迅速的一种元素成分分析技术，它采用高能量短脉宽的脉冲激光作为激发源，将脉冲激光聚焦后照射在样品表面，使样品加热、烧蚀、解离、激发、电离，产生等离子体，通过分析等离子体发射光谱中特征谱线的位置和强度信号，可以获得样品的元素成分和元素浓度信息。LIBS技术的特点是检测速度快，几乎不需要样品制备，检测元素范围广，可原位检测，因此在元素检测和工业领域应用广泛。

双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)技术主要分为三种：共线双脉冲LIBS技术、正交预烧蚀双脉冲LIBS技术和正交再加热双脉冲LIBS技术。其中共线双脉冲LIBS技术采用两束共线的脉冲激光依次垂直烧蚀样品，诱导样品产生等离子体；正交预烧蚀双脉冲LIBS技术先采用平行于样品表面的脉冲激光击穿样品表面附近的空气，再用垂直于样品表面的脉冲激光烧蚀样品，使样品产生等离子体；正交再加热双脉冲LIBS技术先采用垂直于样品表面的脉冲激光对样品烧蚀产生等离子体，再用平行于样品表面的脉冲激光对产生的等离子继续加热。与单脉冲LIBS相比，双脉冲LIBS可以增强发射光谱信号强度，提高信噪比，提高信号稳定性，因此得到了越来越广泛的应用。

传统的双脉冲LIBS系统需要两台激光器产生两个高能量短脉宽的脉冲激光，需要数字延时脉冲发生器控制两束脉冲激光之间的延迟时间。这使得双脉冲LIBS系统与单脉冲LIBS系统相比，体积变大，成本变高，不利于双脉冲LIBS系统的集成和推广，阻碍了双脉冲LIBS系统的小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光路延时双脉冲LIBS装置，通过激光分束、光路延时的方法取代双激光器、数字脉冲延时器，解决传统双脉冲LIBS系统存在的成本高、体积大等问题。

本发明采取的技术方案如下：

一种光路延时双脉冲LIBS装置，包括脉冲激光器，分光镜，光程可调的光路延时器，反光镜A，反光镜B，扩束准直聚焦透镜组A，扩束准直聚焦透镜组B，收集透镜，光纤，光谱仪，计算机和供待测样品放置的位移台；

所述的脉冲激光器发射的脉冲激光经分光镜分为透射光和反射光，其中反射光经反光镜B反射后，经扩束准直聚焦透镜组A聚焦照射在待测样品表面；所述的透射光通过光路延时器，然后被反光镜A反射，经扩束准直聚焦透镜组B聚焦后照射在待测样品表面；

两束激光双脉冲照射在待测样品表面产生等离子体，等离子体发出的光由收集透镜收集后，经光纤传输至光谱仪，光谱仪与计算机相连，可以对采集到的光谱进行分析；

所述的计算机控制位移台将待测样品移动到指定位置。

所述的分光镜，激光通过该分光镜后可分为两束，一束为透射光，一束为反射光，采用透射率和反射率不同的分光镜可以改变双脉冲LIBS光束能量的配比。。

所述的光路延时器，可通过调节延时光路内部结构，如光纤长短、反射镜位置等，改变光程，调节激光通过光路延时器的时间，从而控制延迟时间。

所述的光谱仪自带外部触发模块和延时模块，通过与激光器相连，可调整激光产生和光谱采集之间的延迟时间，优化采集光谱的信噪比。

所述的光路延时双脉冲LIBS装置，可通过调节两束激光的入射角度和光路延时器摆放位置实现正交再加热型双脉冲LIBS模式，正交预烧蚀型双脉冲LIBS模式，共线双脉冲LIBS模式，交叉型双脉冲LIBS模式这四种模式。

实现方法如下：对于正交双脉冲LIBS，可使两束激光正交入射，其中一束垂直于待测样品表面，另一束平行于待测样品表面，如果将光路延时器安装在垂直入射光路中，使平行光先入射，垂直光延时后入射，可实现正交预烧蚀LIBS，如果将光路延时器安装在平行入射光路，使垂直光先入射，平行光延时后入射，可实现正交再加热LIBS。对于共线双脉冲LIBS模式，可以使两束激光共线垂直入射在待测样品表面，将光路延时器安装在其中一束光路中，控制两束激光之间的延时，实现共线双脉冲LIBS。对于交叉型双脉冲LIBS，可以调整两束激光之间的角度，使两束激光交叉入射，将光路延时器安装在其中一束光路中，控制两束激光之间的延时，实现交叉型双脉冲LIBS。

与现有技术相比，本发明的有益效果是采用分光的方式使双脉冲LIBS所需激光器从两台减少为一台，通过光路延时取代了数字脉冲延时器，在降低双脉冲LIBS系统成本和体积的同时，不影响双脉冲LIBS系统的性能，有利于双脉冲LIBS的推广、集成和小型化

附图说明

图1为本发明光路延时双脉冲LIBS装置的结构示意图，

图中：1、脉冲激光器；2、分光镜；3、光路延时器；4、反光镜A；5、反光镜B；6、扩束准直聚焦透镜组A；7、扩束准直聚焦透镜组B；8、收集透镜；9、光纤；10、光谱仪；11、计算机；12、位移台。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参阅图1，图1为本发明光路延时双脉冲LIBS装置的结构示意图，如图所示，一种光路延时双脉冲LIBS检测装置，包括脉冲激光器1，分光镜2，光路延时器3，反光镜A 4，反光镜B 5，扩束准直聚焦透镜组A 6，扩束准直聚焦透镜组B 7，收集透镜8，光纤9，光谱仪10，计算机11，位移台12。

具体实施过程示例如下：

1)将待测样品放置在三轴位移台12上，通过计算机11控制三轴位移台12将待测样品13移动到指定位置。

2)脉冲激光器1发射一束脉冲激光，经过分光镜2被分成折射光和透射光两束，其中一束光被反光镜B 5反射，经扩束准直聚焦透镜组A6聚焦后照射在待测样品表面。另一束光通过光程可调的光路延时器3，然后被反光镜A4反射，经扩束准直聚焦透镜组B 7聚焦后照射在待测样品表面。

3)激光双脉冲照射样品表面产生等离子体，等离子体发出的光由收集透镜8收集后，经光纤9传输至光谱仪10，光谱仪10与计算机11相连，可以对采集到的光谱进行分析，得到待测样品的元素组成和含量信息。