[发明专利]脉冲激光的反馈调节方法、系统及激光诱导击穿光谱仪

说明书

本发明属于光谱仪器技术领域，具体涉及一种脉冲激光的反馈调节方法、系统及激光诱导击穿光谱仪。本发明的脉冲激光的反馈调节方法，包括：(a)将脉冲激光进行光电转换，得到电信号；(b)对所述电信号的波形参数进行监测，判断所述波形参数是否满足预设要求；(c)波形参数不满足预设要求时，通过反馈调节的方式改变所述脉冲激光的输出光能量；所述波形参数满足预设要求时，将所述电信号输出。本发明还提供了实现上述方法的系统，以及基于该系统的激光诱导击穿光谱仪(LIBS仪器)。本发明方法能够提高脉冲激光能量的稳定性，使其满足LIBS仪器的要求，有利于采用低成本的激光器实现的LIBS仪器小型化，应用价值很高。

技术领域

本发明属于光谱仪器技术领域，具体涉及一种脉冲激光的反馈调节方法、系统及激光诱导击穿光谱仪。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是一种以激光为激发源的原子发射光谱技术，该技术突出的优势是无需复杂样品前处理，分析速度快，可多元素同时分析并具备远程非接触分析能力，因而该技术在各行各业中都有及高的应用价值，近年来被给予了极大的关注。

LIBS仪器中，等离子体激发和光谱仪的触发通过脉冲激光实现。具体地，光谱仪触发方法是：利用光电管响应脉冲激光，进而实现光信号到电信号的转化，以获得光谱仪的外触发电信号。此过程中触发电信号的强度直接取决于脉冲激光的光强，且光电管所输出的电信号为具备快速上升沿的电压信号，该上升沿电压信号的上升沿时间与激光光信号的强度直接相关。当光信号强的时候，达到相同电压阈值所需的上升沿时间更快，当光强度弱的时候，达到相同电压阈值所需的时间更久。也即是说，脉冲激光光信号的强度将直接决定电信号的强度和波形，进而影响到采谱触发时序的精确度。另一方面，LIBS所产生的是小尺寸的瞬态等离子体，等离子体中发射谱线的寿命短，为了得到准确的采谱结果，实现定量分析，需要采谱触发时序具有极高的精确度。因此，在LIBS仪器中，对脉冲激光的时序和光强的稳定性提出很高的要求。

现有的LIBS仪器中多采用主动调Q模式激光器作为等离子体激发源，该类激光器激光能量稳定性好，对LIBS整机分析结果稳定性有较大帮助。但是主动调Q模式激光器普遍采用水冷模式，体积大，仪器整机成本高，难以小型化。而现有小型LIBS仪器多采用半导体泵激光器作为等离子体激发源，该激光器价格昂贵，限制了LIBS技术的进一步推广应用。

被动调Q模式激光器无需水冷，具有体积小、重量轻的优点。因此，如果能够将被动调Q模式激光器取代主动调Q模式激光器应用到LIBS仪器中，将能够从仪器小型化、便携、系统集成和高信噪比分析结果等多方面对LIBS仪器进行改进。

然而，被动调Q模式激光器普遍存在输出脉冲之间的时序抖动大，脉冲间隔时间不确定性大，不同激光脉冲间的能量差异大的问题。在LIBS仪器的工作模式下，这将导致被动调Q模式激光器产生的触发信号之间存在严重的时间抖动，无法确保精准的触发时序，从而严重影响LIBS仪器的稳定性和采谱结果的精确度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种脉冲激光的反馈调节方法、系统及激光诱导击穿光谱仪，目的在于：针对输出脉冲的时序和能量不稳定的激光器(例如被动调Q模式激光器)提出一种调节方法和系统，并且针对LIBS整机进行集成，改善小型化LIBS仪器分析结果的稳定性，减少光谱收集的差异化，实现准确定量测试。

一种脉冲激光的反馈调节方法，包括如下步骤：

(a)接收脉冲激光，并将脉冲激光进行光电转换，得到电信号；

(b)对所述电信号的波形参数进行监测，判断所述波形参数是否满足预设要求；

(c)根据步骤(b)的结果进行如下操作：所述波形参数不满足预设要求时，通过反馈调节的方式改变所述脉冲激光的输出光能量，然后重新从步骤(a)开始重复操作；所述波形参数满足预设要求时，将所述电信号输出。