[发明专利]振动光路组件及具有该组件的激光诱导击穿光谱仪

说明书

本发明公开一种振动光路组件及具有该组件的激光诱导击穿光谱仪，振动光路组件包括光学平台、悬臂、振动发生装置以及光学透镜；悬臂至少包括设于光学平台上的竖臂和设于竖臂上的横臂，竖臂与横臂的至少其中之一为弹性材质；振动发生装置设于悬臂且配置为可调节地产生一第一振动；光学透镜设于悬臂且配置为供光线穿过而形成光斑；第一振动经由悬臂传递至光学透镜而产生一第二振动，光线穿过振动的光学透镜而产生光斑移动现象。本发明利用悬臂将振动发生器产生的振动传递至光学透镜，使光线经光学透镜的光学传递而在被测物质表面形成光斑产生光斑移动现象，其能够增大采样面积和维持稳定的等离子体的生成，使重复度和准确度俱佳的定量分析成为可能。

技术领域

本发明涉及光谱分析技术领域，具体而言，涉及一种振动光路组件及具有该结构的光谱仪。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS)是光谱分析领域一种新兴的分析手段。现有的激光诱导击穿光谱仪的原理通常来说，可以概括为基于原子发射光谱的，对被测物质成分进行定性定量分析的分析方法。其中，上述被测物质可以是固态、液态或气态。例如，当被测物质是固态时，一束高能的脉冲激光通过光学方法聚焦到固态的被测物质的表面，将一小部分被测物质气化并剥离其表面，形成等离子体，即等离子态的被测物质。在脉冲激光终止发射后，该等离子态的被测物质迅速冷却，电子在回迁至基态过程中将多余能量以光子形式释放。基于不同原子的发射光子能量不同的原理，上述光子被光谱仪采集后分光成为它们特定的原子发射谱图。该原子发射谱图中不同的特征峰对应特定的波长，而特征峰的大小对应于该元素或者原子的浓度，从而成为进行定性定量分析的基础。

基于上述光谱分析原理，相关领域的技术人员对激光诱导击穿光谱仪的光路设计进行了一些探索和尝试，例如：

在公开号为WO2013083950的PCT国际申请专利中，提出了通过一个可以往复移动的支撑使整个光学平台绕一根转动轴转动的技术方案，以此实现相对于材料表面的水平移动。然而，在其公开的技术方案中，由于光学平台比较沉重，被设置用于推动光学平台的机械结构具有较大的体积，无法实现快速的往复移动，而只能提供给光学平台一个低速且朝向一个方向的平移功能。

在公开号为US7595873的美国专利中，提出了基于一块或者两块转动的反射镜，通过不同的反射角度来移动光斑位置的技术方案。然而，在其公开的技术方案中，受其设计思路所限，反射镜的转动速度比较缓慢，且需要复杂的电机系统进行驱动。

在公开号为US 20140198367的美国专利中，提出了将光学器件固定在一个XY平台上，并通过该平台的平移来移动光斑的技术方案。然而，在其公开的技术方案中，受限于平台的体积和重量，无法实现快速的往复运动。

在公开号为US8436991的美国专利中，提出了基于两块抛物柱面镜的光路设计的技术方案，其中一块可以旋转，以此实现会聚光焦点的移动。该技术方案与公开号为US7595873的专利的技术方案较为相似，区别为反射面由平面改为曲面。因此，反射镜的转动速度依然比较缓慢，且依然需要复杂的电机系统进行驱动。

在公开号US6057947的美国专利中，提出了通过倾斜一个反射镜来移动光路的技术方案。该技术方案与公开号为US7595873和US8436991的两篇专利的技术方案较为相似，也并未克服上述技术方案具有的缺陷，且结构较为复杂。

综上所述，在现有的针对激光诱导击穿光谱仪的光路设计方案中，实现光斑移动所需的机械结构体积较大，移动速率较低，无法实现高频率的往复运动。另外，上述技术方案普遍存在机构复杂，所需的驱动功耗要求较高的缺陷。

因此，在现今激光诱导击穿光谱仪的小型化趋势下，例如小型化的手持式激光诱导击穿光谱仪的光路设计中，现有的相关光路设计方案均无法实现快速往复的光斑移动，且无法适应小型化对机构体积和复杂程度的要求。

发明内容