一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是在激光誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體時輸出兩個及以上的激光脈沖對樣品進行燒蝕。與單脈沖技術(shù)相比，多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)不僅能夠增強特征光譜信號強度、提高探測靈敏度及光譜的信背比，降低了檢測極限，同時產(chǎn)生的特征光譜具有較小的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，這使其獲得了更高的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性。
[0003]現(xiàn)有的應(yīng)用于LIBS技術(shù)的基于單臺激光器的多脈沖輸出方法有主要有兩種。一種是采用分束鏡進行分束結(jié)合光路轉(zhuǎn)折延時獲得雙脈沖輸出效果，裝置采用分束鏡將出射激光分為兩束，其中一束激光由直路光學(xué)傳輸裝置直接聚焦到樣品表面，另一束激光經(jīng)過旁路光學(xué)傳輸裝置調(diào)整激光聚焦方向達(dá)到與第一束激光聚焦位置相同，二者共同激發(fā)樣品產(chǎn)生等離子體信號。兩束激光延遲時間間隔由二者光程差決定。另一種是采用單臺激光器的倍頻模塊結(jié)合光纖延時，利用Nd = YAG激光器的多波長輸出特點，通過倍頻晶體獲得基頻1064nm和二倍頻532nm的混合光輸出。輸出的532nm激光垂直樣品表面入射用于燒蝕樣品，利用1064nm激光從平行樣品表面方向入射，形成正交雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測系統(tǒng)，其脈沖間延時通過大口徑石英玻璃光纖傳輸1064nm激光來實現(xiàn)。但是，這兩種方法均需要對輸出激光進行分束，降低了單個激光脈沖能量，同時還需要額外的光路布置，增加了激光光源系統(tǒng)復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量方法及系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)搭建成本，提高了光譜質(zhì)量，且輸出激光脈沖為共線多脈沖，無須進行額外的光路準(zhǔn)直和調(diào)焦。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量方法，該方法包括:
[0007]設(shè)置脈沖發(fā)生器輸出脈沖個數(shù)、脈寬與時序參數(shù)，由脈沖發(fā)生器發(fā)出相應(yīng)脈沖信號，來觸發(fā)高壓脈沖模塊和光譜儀開始工作；當(dāng)所述高壓脈沖模塊接收到脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號后，所述高壓脈沖模塊輸出一個氙燈觸發(fā)信號觸發(fā)氙燈，產(chǎn)生單個燈泵浦信號；再根據(jù)設(shè)置的脈沖個數(shù)、脈寬與時序參數(shù)給調(diào)Q晶體施加高壓脈沖信號，實現(xiàn)在一個氙燈泵浦周期內(nèi)，依次輸出所設(shè)置脈沖個數(shù)的激光脈沖；當(dāng)所述光譜儀接收到脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號后，光譜儀對產(chǎn)生的所設(shè)置脈沖個數(shù)的激光誘導(dǎo)等離子體光信號進行采集，獲得相應(yīng)的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜信號。
[0008]所述設(shè)置的時序包括:氙燈觸發(fā)信號頻率及觸發(fā)時間、氙燈觸發(fā)信號和第一個高壓脈沖信號之間延時、高壓脈沖信號之間時間間隔，以及脈沖發(fā)生器發(fā)送至高壓脈沖模塊的脈沖信號與發(fā)送至光譜儀的脈沖信號之間的時間間隔；
[0009]所述高壓脈沖個數(shù)為一個或多個。
[0010]包含所述調(diào)Q晶體的激光器為納秒調(diào)Q固體激光器，輸出激光為納秒調(diào)Q脈沖激光。
[0011]由計算機預(yù)先設(shè)置脈沖發(fā)生器輸出脈沖個數(shù)、脈寬與時序參數(shù)；
[0012]或者將輸出脈沖個數(shù)與脈寬參數(shù)，以及觸發(fā)光譜儀開始工作的時序參數(shù)直接固化在脈沖發(fā)生器，將高壓脈沖模塊工作相關(guān)的時序參數(shù)固化在高壓脈沖模塊中。
[0013]一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于實現(xiàn)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其包括:脈沖發(fā)生器、高壓脈沖模塊、激光器、激光脈沖處理模塊與光譜儀；
[0014]所述脈沖發(fā)生器分別與高壓脈沖模塊及光譜儀相連，所述高壓脈沖模塊與激光器相連，所述激光脈沖處理模塊一端與所述激光器相連，另一端與所述光譜儀相連。
[0015]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，通過采用多高壓脈沖調(diào)Q實現(xiàn)單臺激光器的多脈沖輸出，降低了多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)搭建成本，提高了激光誘導(dǎo)擊穿光譜信號測量質(zhì)量，另外，且輸出激光脈沖為共線多脈沖，無須進行額外的光路準(zhǔn)直和調(diào)焦。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0017]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量方法的流程圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實施例一提供的一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量方法的原理圖；
[0019]圖3為本發(fā)明實施例一提供的基于本發(fā)明的方法測量到的雙脈沖輸出波形圖；
[0020]圖4為本發(fā)明實施例一提供的碳鋼樣品單脈沖和雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜光譜段對比圖；
[0021]圖5為本發(fā)明實施例二提供的一種多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明實施例二提供的高壓脈沖模塊原理圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0024]實施例一
[0025]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種基于單臺激光器的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量方法的流程圖。如圖1所示，該方法主要包括如下步驟:
[0026]步驟11、設(shè)置脈沖發(fā)生器輸出脈沖個數(shù)、脈寬與時序參數(shù)，由脈沖發(fā)生器發(fā)出相應(yīng)脈沖信號，來觸發(fā)高壓脈沖模塊和光譜儀開始工作。
[0027]所述設(shè)置的時序包括:氙燈觸發(fā)信號頻率及觸發(fā)時間、氙燈觸發(fā)信號和第一個高壓脈沖信號之間延時、高壓脈沖信號之間時間間隔，以及光譜儀積分延遲時間(脈沖發(fā)生器發(fā)送至高壓脈沖模塊的脈沖信號與發(fā)送至光譜儀的脈沖信號之間的時間間隔)；
[0028]所述脈沖個數(shù)為一個或多個。
[0029]步驟12、當(dāng)所述高壓脈沖模塊接收到脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號后，所述高壓脈沖模塊輸出一個氙燈觸發(fā)信號觸發(fā)氙燈，產(chǎn)生單個燈泵浦信號；再根據(jù)設(shè)置的脈沖個數(shù)、脈寬與時序參數(shù)給調(diào)Q晶體施加高壓脈沖信號，實現(xiàn)在一個氙燈泵浦周期內(nèi)，依次輸出所設(shè)置脈沖個數(shù)的激光脈沖。
[0030]步驟13、當(dāng)所述光譜儀接收到脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號后，光譜儀對產(chǎn)生的所設(shè)置脈沖個數(shù)的激光誘導(dǎo)等離子體光信號進行采集，獲得相應(yīng)的多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜信號。
[0031]具體來說，輸出的激光脈沖經(jīng)過反射鏡轉(zhuǎn)折光路后由聚焦透鏡聚焦至樣品表面，所產(chǎn)生的等離子體信號光通過采集透鏡聚焦；所述脈沖發(fā)生器輸出包含有預(yù)設(shè)的時序、脈沖個數(shù)與脈寬參數(shù)的脈沖信號后，延遲一段時間，輸出脈沖信號至光譜儀，觸發(fā)光譜儀進行光譜信號采集。
[0032]另外，本發(fā)明實施例中由計算機預(yù)先設(shè)置脈沖發(fā)生器輸出脈沖個數(shù)、脈寬與時序參數(shù)；或者將輸出脈沖個數(shù)與脈寬參數(shù)，以及觸發(fā)光譜儀開始工作的時序參數(shù)直接固化在脈沖發(fā)生器，將高壓脈沖模塊工作相關(guān)的時序參數(shù)固化在高壓脈沖模塊中。
[0033]需要強調(diào)的是，本發(fā)明實施例中，高壓脈沖電壓、高壓脈沖寬度、高壓脈沖之間時間間隔，以及氙燈觸發(fā)信號和第一個高壓脈沖信號之間延時可根據(jù)不同的激光器進行優(yōu)化，具體的數(shù)值可根據(jù)實際情況進行設(shè)定。
[0034]為了便于理解，下面結(jié)合一具體示例對上