[发明专利]用于激光斑点尺寸连续可调高倍聚焦光路系统及调节方法

说明书

本发明属于激光聚焦剥蚀、激发、电离光路系统领域，涉及一种用于激光斑点尺寸连续可调高倍聚焦光路系统，适用于激光光谱仪、激光质谱仪、激光电感耦合等离子体光谱或质谱仪。所述光路系统按光束的传播轨迹顺序包括扩束透镜组、机械光阑、调谐透镜组、高倍聚焦透镜组和窗片；其光学总长度为350～700mm，后截距20～200mm，镜片外径20～25.4mm，聚焦倍数大于25。本发明扩束透镜组对激光进行两倍扩束，利于后续实现高倍聚焦，通过改变调谐透镜组的透镜间距离，固定机械光阑尺寸，可以改变激光的发散角，获得不同激光斑点尺寸；改变机械光阑孔径，固定调谐透镜组的透镜间距离，经详细的理论计算和实际误差修复，获得不同激光斑点尺寸，聚焦光斑可调范围为5μm～600μm。

技术领域

本发明属于激光聚焦剥蚀、激发、电离光路系统领域，具体涉及一种用于激光斑点尺寸连续可调高倍聚焦光路系统及调节方法，适用于激光光谱仪、激光质谱仪、激光电感耦合等离子体光谱或质谱仪。

背景技术

激光聚焦剥蚀技术是指将激光聚焦在样品表面，当激光脉冲的能量密度大于击穿阈值时，即可在样品表面产生熔融、溅射、蒸发同时形成等离子体，一方面，形成的样品蒸汽与细微颗粒由气体载带传输至等离子体中被原子化、离子化，如与电感耦等离子体质谱电感耦等离子体质谱联用，可以对固体样品直接进行整体分析，作为一种功能强大的微区痕量原位分析手段；另一方面，利用光谱仪对样品表面形成的等离子体发射光谱进行分析，以此来识别样品中元素的组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。

随着多样化测试需求和应用拓展，为实现分析样品检测的高空间分辨率或者较低空间分辨率状态下的高速分析，对激光斑点尺寸的要求也越来越多样，而现有的激光聚焦系统多为单一的切换机械式光阑来调整改变激光斑点的大小，这就导致了两个突出的问题，首先，机械式光阑是控制进入聚焦镜的激光光束口径大小来改变激光斑点大小，激光斑点尺寸越小，光阑的口径越小，大部分的能量被遮挡浪费；其次，机械式光阑受空间约束，数量有限，则激光斑点可选择的尺寸也就有限，无法满足应用需求；。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于激光斑点尺寸连续可调高倍聚焦光路系统及调节方法，解决传统方法利用机械式光阑剥蚀光斑尺寸受限且激发能大量损失的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种用于激光斑点尺寸连续可调高倍聚焦光路系统，设置在入射端面1与聚焦端面11之间，其特征在于：所述光路系统按光束的传播轨迹顺序包括扩束透镜组、机械光阑4、调谐透镜组、高倍聚焦透镜组和窗片10；其中：

所述扩束透镜组有间距可调的两个或更多透镜，能够对激光束直径进行扩大或缩小；

所述调谐透镜组有间距可调的两个或更多透镜，可改变激光的发散角；

机械光阑4的孔径为可调节的；

所述高倍聚焦透镜组安装在能够沿光轴移动的可调平台上。

所述扩束透镜组包括沿光束的传播方向依次设置的第一扩束透镜2和第二扩束透镜3，所述第一扩束透镜2为平凹透镜，平面朝向机械光阑4；所述第二扩束透镜3为平凸透镜，凸面朝向机械光阑4；

所述调谐透镜组包括沿光束的传播方向依次设置的第一调谐透镜5和第二调谐透镜6，所述第一调谐透镜5和第二调谐透镜6均为弯月型透镜，第一调谐透镜5的凸面朝向机械光阑4，第二调谐透镜6的凹面朝向机械光阑4；所述第二调谐透镜6安装可调平台上，能够沿光轴移动；

高倍聚焦透镜组包括沿光束的传播方向依次设置的第一高倍聚焦透镜7、第二高倍聚焦透镜8和第三高倍聚焦透镜9，所述第一高倍聚焦透镜7为弯月形透镜，凹面朝向窗片10，所述第二高倍聚焦透镜8和第三高倍聚焦透镜9均为双凸透镜。

所述第一扩束透镜2和第二扩束透镜3对激光进行两倍扩束。