[发明专利]一种宏观与微区集成式激光探针成分分析仪

说明书

技术领域

本发明属于激光精密检测技术领域，具体为一种宏观与微区集成式激光探针成分分析仪，主要用于物质的宏观与微区元素成分的准确定性分析与较高精度的定量分析。

背景技术

成分分析是工程与材料科学领域研究与生产的关键手段。激光诱导击穿光谱分析(Laser-Induced breakdown Spectroscopy，简称LIBS)是采用高能量密度激光脉冲激发被分析物质，产生等离子体，同时对等离子体的原子和离子的能级跃迁特征光谱进行分析，得出各个元素种类与含量的方法。当前，激光探针技术存在的主要问题是其他元素的干扰和基体效应大，探测极限较差，一般为千分之一数量级；加上所用激光束斑直径大(50-100um)，轰击深度深(10um)，所以主要局限于宏观成分分析。近年来，MicroLIBS兴起，但最小光斑直径也只能达到10um。因此，目前LIBS技术发展的主要趋势是：一是大幅度提高探测极限和分析精度；二是能够适合显微组织微区成分分析。

中国专利文献《一种激光探针微区成分分析仪》(公告为CN201434840，公告日为2010年3月31日)公开了一种激光探针微区成分分析仪。其结构为：激光器，扩束镜和全反射镜依次位于同一水平光路上；全反射镜的反射面与水平光路的夹角为45度；工业CCD位于全反射镜的上方，工业CCD和第一聚焦物镜自上而下依次放置且光轴重合；三维工作台的工作台面位于第一聚焦物镜的下方；全反射镜活动安装在样品的反射光路上，光纤探头位于全反射镜的反射光路上；工业CCD通过光纤与带有显示器的计算机连接，光纤探头与光栅光谱仪、增强型CCD和计算机连接。该激光探针仪能对物质微区元素进行无损探测，能满足各种材料及尺寸的器件的快速元素成分定性分析，还可以针对样品微区的微量甚至痕量元素进行定量分析。

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)公布了一种基于双激光光源的激光探针微区成分分析仪。其特征在于：固定波长激光器的出光口、衰减器，扩束镜，小孔光阑，第一半透半反镜依次位于同一水平光路上；第一全反镜活动安装，当其位于光路时与第一半透半反镜平行；聚焦物镜位于第一全反射镜的反射光路上；第二半透半反镜位于第一全反射镜与聚焦物镜之间，或者第一全反射镜与第一半透半反镜之间；波长可调谐激光器的出射光路上放置有第二全反镜，第二全反镜的反射面与水平光路的夹角为45度，且第一半透半反镜与第二全反镜平行；工业CCD固定在固定支架的顶部，且位于第一全反射镜的上方，工业CCD通过电缆与计算机连接；固定支架的下方为移动支架，移动支架的底部安装有镜头架转盘，镜头架转盘上带有多个镜头支架，在每个镜头支架上均安装一个聚焦物镜，各聚焦物镜的放大倍率不同；聚焦物镜头的下方为二维数控机床，二维数控机床置于基台上；移动支架的侧面安装有丝杆与导轨，丝杆与导轨与电机连接，电机控制丝杆与导轨带动移动支架沿z轴上下运动，与二维数控机床共同构成x-y-z三轴运动系统；光纤探头位于第二半透半反镜的反射光路上，且通过光纤与光栅光谱仪连接，同时光栅光谱仪与增强型CCD连接后接入计算机；固定波长激光器、波长可调谐激光器分别与数字延时发生器相连，数字延时发生器与增强型CCD连接。可以达到激光探针微区成分的定性或定量分析的目的。

以上技术是利用单或双激光光源的激光探针微区成分分析仪进行物质元素分析的实例。该激光探针仪分析精度高，可分析的最小微区尺寸范围小，可以达到激光探针微区成分的定性分析和定量分析的目的。但是该装置存在以下几点不足。首先，该装置只能应用于样品的微区成分分析，即其只能针对样品表面直径为几个微米范围的微区进行较精确的定性和定量分析，而不能满足用户对样品的宏观定性分析的需求；其次，如果用户需要分别对物质进行宏观与微区成分分析，则必须分别使用宏观与微区成分分析设备。以上专利文献提及的设备并不能同时实现宏观与微区成分分析的目的，而且当需要宏观和微区探测时，分别使用两台激光探针设备进行分析也不符合经济和高效的要求；最后，该装置中光学元件复用度高，例如，反射镜既用于激光光路中起反射激光的作用，同时又用于成像观测光路，导致光学系统设计复杂，不易于光路系统的校正和维护，增加了仪器成本和设备使用复杂度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宏观与微区集成式激光探针成分分析仪，可以同时实现激光探针宏观与微区成分的准确定性分析与较高精度的定量分析。