[发明专利]基于波分复用及时域交叠的激光诱导击穿光谱系统及方法

权利要求书

1.一种基于波分复用及时域交叠的激光诱导击穿光谱系统，它包括比例分光镜、高能量固体脉冲激光器、延时光学组件、光学延迟线、倍频晶体或光学参量振荡器、全反镜、半反半透镜、双色镜、多色镜、带孔反射镜、光纤ICCD光谱仪、计算机和聚焦透镜，其特征在于：

由高能量固体脉冲激光器（2）发出一束波长为λ₁的纳秒级脉冲激光，经过1比n-1比例分光镜（1）分成两路，透过1比n-1比例分光镜（1）的波长为λ₁占激光总能量的n分之一的第一个激光脉冲经过多色镜B（20）首先到达聚焦透镜（19）,经聚焦后穿过带孔反射镜（18）中心的小孔,到达样品靶材（16）表面，样品靶材经激光脉冲诱导产生等离子体；激光脉冲诱导产生的LIBS信号,经带孔反射镜（18）反射，透镜（17）聚焦至光纤ICCD光谱仪（14）附带的光纤探头端面上，光纤ICCD光谱仪（14）将接受的由波长为λ₁的激光诱导产生的LIBS信号数据传送至计算机（15）；

经1比n-1比例分光镜（1）反射的波长为λ₁占激光总能量的n分之n-1的激光脉冲进入第一组延时光学组件（3）并透过第一组倍频晶体或光学参量振荡器（6）转变为波长为λ₂的激光脉冲，经n-2比1比例分光镜（9）分成反射及透射两路，其中通过反射获得的波长为λ₂能量为激光总量的n之一的第二个激光脉冲通过多色镜A（12）及多色镜B（20）反射后被透镜（19）聚焦，聚焦后的激光脉冲穿过带孔反射镜（8）中心的小孔,到达样品靶材（16）表面，样品靶材经激光脉冲诱导产生等离子体；激光脉冲诱导产生的LIBS信号,经带孔反射镜（18）反射，透镜（17）聚焦至光纤ICCD光谱仪（14）附带的光纤探头端面上，光纤ICCD光谱仪（14）将接受的由波长为λ₂的激光诱导产生的LIBS信号数据传送至计算机（15）；此时因为激光脉冲经过了延时τ，保证样品靶材在第一个激光脉冲诱导产生的等离子体即将冷却时被注入第二个激光脉冲；

经n-2比1比例分光镜（9）透射的波长为λ₂能量为激光总量的n分之n-2的激光脉冲经第二组延时光学组件（3）并透过第二组倍频晶体或光学参量振荡器（6）转变为波长为λ₃激光脉冲，比例分光镜将其分成反射及透射两路，其中通过反射获得的波长为λ₃能量为激光总量的n之一的第三个激光脉冲用于诱导样品靶材产生LIBS信号，透射光部分则由第三组延时光学组件（3）并透过第三组倍频晶体或光学参量振荡器（6）转变为波长为λ₄的激光脉冲并再次分光；按如此方式工作直至系统完成波长为λ_n-2激光脉冲转换，经第n-2组延时光学组件（3）及第n-2组倍频晶体或光学参量振荡器（6）转换为波长为λ_n-1的激光脉冲经半反半透镜（11）分成二路，反射的一路用于提供由波长为λ_n-1的激光所诱导产生的LIBS信号，透射的一路由第n-1组延时光学组件（3）及第n-1组倍频晶体或光学参量振荡器（6）处理为波长为λ_n的激光脉冲，经全反镜（10）反射后用来诱导样品靶材产生-LIBS信号；这样，系统获得了一组用于诱导样品靶材产生LIBS信号的波长分别为λ₁、λ₂、λ₃、...、λ_n-1、λ_n的激光脉冲，其中n为系统选择的波分复用波长总个数。

2.根据权利要求1所述的一种基于波分复用及时域交叠的激光诱导击穿光谱系统，其特征在于：所述的延时光学组件（3）由入射反射镜（3.1）、三棱镜（3.2）和出射反射镜（3.3）组成,所有的n-1组延时光学组件（3）中的n-1个三棱镜（3.2）都通过同一个支架（5）安装在唯一的光学延迟线（4）上，光学延迟线（4）精细调节所有延时光学组件（3）中三棱镜（3.2）与入射反射镜（3.1）和出射反射镜（3.3）的距离,来通过改变光程实现对所有相邻激光脉冲相同的延时。

3.一种基于权利要求1所述系统的LIBS测试方法，其特征在于：

1）.将激光通过所述的一种基于波分复用及时域交叠的激光诱导击穿光谱系统分成若干束具有不同波长、不同时序的激光脉冲并进行合束，这些不同波长的激光脉冲依次经过一定的延时及时域交叠激发样品同一个点；

2）.通过不同的倍频晶体或OPO，得到一组合适的波分复用波长分布λ₁、λ₂、λ₃、...、λ_n-1、λ_n，n表波分复用波长总数，通过具有这些波长分布的激光脉冲所激发的LIBS光谱分析全面地得到待测样品的元素组成。