[发明专利]一种基于激光诱导击穿光谱的收光系统优化方法

说明书

一种基于激光诱导击穿光谱的收光系统优化方法，主要用于优化收光系统中的收光透镜的位置参数。该方法首先确定实验所用的光纤探测器的半径R₁和收光透镜的半径R；然后，通过拍摄等离子体图像的方式确定等离子体波动最大方向和等离子体在这个方向上的长度L，调整收光透镜的放置方向，使得收光透镜的光轴方向与等离子体波动最大方向平行，并使等离子体中心和光纤探测器与收光透镜的光轴在一条直线上；之后通过公式计算收光透镜到等离子体中心的最佳距离u₀，并据此确定收光透镜的位置。本发明在兼顾了光谱信号强度的基础上，进一步增加了激光诱导击穿光谱信号的稳定性，从而提高了激光诱导击穿光谱测量系统的测量精度。

技术领域

本发明涉及一种基于激光诱导击穿光谱的收光系统优化方法，更具体地说是涉及一种激光诱导击穿光谱测量系统中收光透镜的位置关系，属于等离子体发射光谱及测量技术领域。

背景技术

等离子体的发射光谱是一种用于元素分析的重要方法，其工作流程为：以脉冲激光器为激发光源，从脉冲激光器出射的激光经过聚焦收光透镜聚焦后作用于样品的表面上，在聚焦点产生等离子体，等离子体产生的辐射光信号被收光透镜所收集，通过光纤探测器并经过光谱仪处理后转化成电信号而被计算机采集，得到等离子体的特征光谱；其中，收光透镜和光纤探测器构成了激光诱导击穿光谱测量装置的收光系统。使用收光透镜可以得到更强和更稳定的信号；目前现有技术中对于收光透镜的设置位置往往通过经验确定，而且也仅考虑辐射光的强弱，并未做出定量的分析结果。

由于收光透镜的位置等因素会对最终的结果产生重要且复杂的影响，收光透镜的位置参数将直接关系到激光诱导击穿光谱信号的强度和稳定性，进而影响激光诱导击穿光谱测量数据的准确性，因此有必要对激光诱导击穿光谱的收光系统进行优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光诱导击穿光谱的收光系统优化方法，即结合等离子体特性，对收光透镜的位置参数提出优化方案，在兼顾了光谱信号强度的基础上，进一步增加激光诱导击穿光谱信号的稳定性。

附图说明

图1为等离子体发出的光通过收光透镜聚焦后被光纤探测器收集的原理示意图。

图2为本发明方法的流程框图。

图中：1-激光脉冲；2-聚焦透镜；3-为样品；4-等离子体；5-收光透镜；6-光纤探测器；7--收光透镜的光轴位置；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理和具体实施方式做进一步的说明。

本发明提供的一种基于激光诱导击穿光谱的收光系统优化方法，其具体包括如下步骤：

1)在等离子体4和光纤探测器6之间设置收光透镜5，并确定实验所用的光纤探测器的半径R₁和收光透镜的半径R；

2)利用摄像机拍摄等离子体图像，采用图像处理方法确定等离子体波动方向最大的方向，并测量出等离子体在波动最大方向上的总长度L；

3)调整收光透镜5的放置方向，使得收光透镜的光轴方向与等离子体波动较大方向平行，并使等离子体中心和光纤探测器与收光透镜的光轴在一条直线上；

4)调整收光透镜在光轴方向上的位置，利用下列公式计算出收光透镜的位置：

式中：其中R₁为光纤探测器的半径，R为收光透镜的半径，f为收光透镜的焦距，L为等离子体在波动最大方向上的总长度L，u₀为物距，即等离子体中心到收光透镜之间的距离。