一种吸收腔式激光击穿检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光谱测量技术领域，特别是一种吸收腔式激光击穿检测装置，结 合光衰荡技术提高检测极限。
【背景技术】
[0002] 当前常用的激光诱导击穿光谱法是一种激光烧灼式光谱分析方法，激光经过透镜 聚焦到待测样品上（可以是固体、液体或气体），当激光的能量密度大于待测样品击穿阈值 时，就会在局部产生等离子体，这种等离子体的局部能量密度及温度非常高，用光谱仪收集 待测样品等离子体表面产生的发射谱线的信号，就可以根据发射谱线的强度而定量分析里 面物质的浓度。目前激光诱导击穿光谱法的检出极限为ppm量级，检测灵敏度难以满足更 高的检测要求。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种吸收腔式激光诱导击 穿检测装置，利用光腔衰荡技术进行物质浓度的更高灵敏度测量。
[0004] 为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：
[0005] -种吸收腔式激光击穿检测装置，包括检测光路系统和电学控制系统；所述检测 光路系统包括吸收腔、激发光源、检测光源、声光调制器和光强探测器；
[0006] 所述吸收腔包括腔体，前高反镜、后高反镜以及样品池；腔体与前后端的前高反镜 和后高反镜组成密闭的衰荡腔，前高反镜为输入镜，后高反镜为输出镜；腔体中段上方有透 光窗口，样品池位于腔体中，与所述透光窗口相对；腔体留有可关闭的气口；所述激发光源 的出射光路上设置激发光隔离器和激发光聚焦透镜，激发聚焦透镜的出射光路照准吸收腔 腔体内的样品池；所述检测光源为连续可调谐激光源，其出射的检测光自前高反镜入射吸 收腔，再从后高反镜出射到达光强探测器；检测光源与前高反镜之间光路中设置检测光隔 离器和声光调制器，前高反镜与光强探测器之间光路中设置检测光聚焦透镜。
[0007] 所述电学控制系统包括激发光控制器、检测光控制器、触发器和主机，其中：所 述激发光控制器连接控制激发光源；检测光控制器连接控制检测光源，所述主机连接控制 激发光控制器和检测光控制器；触发器信号输入端连接光强探测器输出端，信号输出端分 别连接声光调制器和主机。
[0008] 优选的，所述吸收腔为圆柱状。
[0009] 优选的，所述前高反镜和后高反镜均可选择平面镜或凹面镜。
[0010] 优选的，所述激发光源使用脉冲激光光源。本技术方案中的激发光源为激光光源； 可以是紫外光源、可见光源或者红外光源，波段不受限制；可以是固体激光器、半导体激光 器或气体激光器；可以是连续光源，也可以是脉冲光源，使用脉冲光源更佳。
[0011] 优选的，所述声光调制器出射光路中设置小孔光阑以阻挡零级衍射斑。
[0012] 优选的，所述样品池为移动样品池。
[0013] 优选的，所述检测光源输出采用步进扫描方式。
[0014] 进一步优选的，所述电学控制系统还包括压电陶瓷，所述压电陶瓷附在所述输出 镜上，驱动输出镜位移从而改变所述衰荡腔腔长，压电陶瓷在电压控制下以恒定频率振荡。
[0015] 再进一步优选的，所述压电陶瓷位移振荡驱动的衰荡腔腔长变化幅度需要大于检 测光波长的1/2,可使腔模在检测激光频率附近振荡。
[0016] 优选的，所述吸收腔在激发光源出射前抽成真空状态。
[0017] 本实用新型技术方案在一个衰荡腔中放置待检测样品，激发光聚焦入射到待检测 样品上，待检测样品由于吸热而形成纳米粒子云团并扩散到腔中，这时关闭激发光，打开检 测光，检测光在两个高反镜中来回反射不断被相应的物质吸收，通过在腔外的光强探测器 探测透过输出镜的信号，可以推算出物质的含量。
[0018] 本技术方案的有益效果为：
[0019] 1.结合激光诱导击穿和光衰荡技术进行高灵敏度的吸收光谱测量，利用具有高反 射率的高反镜，光腔衰荡技术的检出极限可以达到PPb量级；
[0020] 2.激发光照射前吸收腔抽真空，可防止空气中其它成分的干扰；
[0021] 3.由于被激发的纳米粒子云团在腔中扩散有很小的气压，所以谱线加宽效应很 小，被探测的谱线容易和其他谱线区分，因此噪声很小，相应的可提高检测的灵敏度。
【附图说明】
[0022] 图1为本实用新型吸收腔式激光击穿检测装置结构示意图。
[0023] 其中：
[0024] 1 :吸收腔；1-1 :前高反镜；1-2 :后高反镜；1-3 :气口；1-4 :移动样品池；2 :激发 光源；2-1 :激发光控制器；2-2 :激发光隔离器；2-3 :激发光聚焦透镜；3 :检测光源；3-1 : 检测光控制器；3-2 :检测光隔离器；4 :声光调制器；5 :光强探测器；5-1 :检测光聚焦透镜； 6 :触发器；7 :主机；8 :待检测样品；
[0025] A :激发光；B :检测光。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图通过实施例对本实用新型做进一步说明，以便更好地理解本实用新 型。
[0027] 光衰荡技术是基于衰荡腔的高灵敏检测技术。主要测量光在衰荡腔中的衰荡时 间，由于衰荡时间与衰荡腔的腔镜、基长以及腔内介质的散射和吸收有关，与光源光强的变 化无关，具有灵敏度高的特点。检测激光进入由高反镜组成的衰荡腔之后，会有一部分光透 过高反镜射出，随着光在两个高反镜中的来回反射，透射的光线会随着时间按单指数的方 式衰减，对这个衰荡过程单指数拟合可以得到该过程的衰荡时间。
[0028] 实施例1
[0029] 图1是本实施例的基本结构图。激发光源2使用脉冲式的NchYAG激光器，出射 1064nm的脉冲激光，而检测光源3使用连续可调谐的钛宝石环形连续激光器，其可调谐范 围为700-900nm，输出功率在1000-1700W之间。声光调制器4的一级衍射的效率在85%左 右，零级衍射斑被一个小孔光阑挡住（图1中未画出），工作频率为80MHz。吸收腔1的两 个高反镜的反射率均为99. 995%，曲率半径为lm，吸收腔1腔体长I. 25m，相应的衰荡腔的 自由光谱范围为120MHz。吸收腔1在没有样品时并在真空状态下，衰荡时间为80 μ s，腔的 精细度为50000,腔内模式的半高全宽为2kHz。
[0030] 检测工作时，首先使用的是标准样品而非待检测样品，标准样品中的某一成分含 量已知为B1。标准样品放置于移动样品池1-4中，然后吸收腔1通过气口 1-3被抽真空以 防止空气中其它成分的干扰。激发光A聚焦到标准样品上，激光的照射时间为h，经过时间 t2等待纳米粒子云团在腔内得到一定扩散，此时打开检测光B ;检测光B自入射镜进入吸收 腔1中，在作为输入镜的前高反镜1-1和作为输出镜的后高反镜1-2之间来回反射，检测光 B反复穿过纳