一种谐振腔内激光击穿光谱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，特别是一种谐振腔内激光击穿光谱检测装置。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]目前的激光诱导击穿光谱法所需要的激光功率较高，怎样有效的在激光功率一定的条件下提高光强成为需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种谐振腔内激光击穿光谱检测装置。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为:
[0006]—种谐振腔内激光击穿光谱检测装置，包括激光光源、光谱分析单元、谐振腔和移动样品台，所述光谱分析单元包括主机和光谱仪；所述谐振腔由前腔镜和后腔镜构成，激光光源出光自所述谐振腔前腔镜入射腔内；所述移动样品台中放置待测物质，可升入所述谐振腔内；所述光谱仪的探测端对准升入谐振腔内的移动样品台。
[0007]作为一种优选的，激光光源出射光作为栗浦光，其光路上设置聚光器件；谐振腔中包括激光晶体，激光晶体的外侧端面为前腔镜，该端面镀有对栗浦光高透、对激光晶体激发光高反的膜；激光光源、谐振腔和聚光器件组成端面栗浦的固态激光器，栗浦光透过聚光器件自前腔镜入射谐振腔。
[0008]优选的，所述激光光源为激光二极管或激光二极管阵列。
[0009]优选的，所述激光光源放置于散热器和热电制冷器上。
[0010]优选的，所述后腔镜为凹面镜。
[0011 ] 上述进一步优选，所述凹面镜在朝向谐振腔的内侧面镀有对激光晶体激发光反射率95%或者全反射的膜。
[0012]作为另一优选的，所述谐振腔为相对平行设置的第一平面镜和第二平面镜构成的F-P腔，第一平面镜为前腔镜，第二平面镜为后腔镜，由激光光源发出的入射光自第一平面镜入射所述F-P腔内，二平面镜间距可调，即F-P型谐振腔腔长可调。
[0013]优选的，所述第一平面镜对所述入射光高反，第二平面镜对入射光高反或全反射。
[0014]优选的，所述激光光源为0)2脉冲激光器。
[0015]作为前述全部方案的优选，所述光谱仪的探测端为光纤和耦合透镜，所述耦合透镜将光聚焦至光纤中。
[0016]本实用新型利用谐振腔，使激光在腔内形成共振态，从而具有较强的光强，把待测物质移动到腔内的光强处，物质由于吸热而产生等离子体，等离子体再发射光线，光线被一个光谱仪分析从而得到物质的成分以及含量。
[0017]本实用新型技术方案的有益效果为:
[0018]1:具有更高的击穿功率，使得物质更容易离子化，从而分析更多的物质成分；
[0019]2:提高了光利用率，同等光强下具有更低的功耗，由于腔内光强比腔外光强至少强10倍，所以要和腔外光强所达到的效果相同，其功率至少可以下降10倍以上。
【附图说明】
[0020]图1为实施例1检测装置结构示意图；
[0021]图2为实施例1检测装置工作状态结构示意图；
[0022]图3为实施例2检测装置工作状态结构示意图；
[0023]图4为实施例3使用F-P型谐振腔的检测装置结构示意图；
[0024]图5为实施例3检测装置工作状态结构示意图；
[0025]图6为实施例4检测装置结构示意图。
[0026]其中:
[0027]1:外壳；2_1:激光二极管；2_2:散热器；2_3:热电制冷器；2_4:聚光器件；3:谐振腔；3-1:Nd:YAG晶体棒；3-2:凹面镜；3_3:第一平面镜；3_4:第二平面镜；4:移动样品台；4-1:待测物质；5:光谱仪；5-1:光纤；5-2:耦合透镜；6:计算机主机;A_1:栗浦光；A-2:激光晶体激发光；B-1:入射光；B-2:出射光；B-3:振荡光；C:等离子体发射光。
【具体实施方式】
[0028]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。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示是本实施例的基本结构图。
[0031]在外壳I内部是Nd: YAG固态激光器的结构，一个激光二极管2-1放置于一个散热器2-2和热电制冷器(Thermoelectric Cooler，TE) 2-3上，其发射的栗浦光A_1由一组聚光器件2-4聚焦到Nd = YAG晶体棒3-1上；激光二极管2_1发射810nm左右的激光，NdiYAG晶体棒3-1在靠近激光二极管2-1的端面镀有对810nm高透、对1064nm高反的膜，作为输出镜的后腔镜是一个曲率半径为5cm的凹面镜3-2，凹面镜3-2在靠近激光二极管2_1的一端镀有对1064nm反射率为95%的膜，此时输出镜为部分反射镜；输出镜和Nd = YAG晶体棒3-1构成谐振腔3。通常在激光器谐振腔内的光强是出射激光光强的10倍以上。
[0032]待测物质4-1放置于移动样品平台4上，当要对待测物质4-1测试时，如图2所示，移动样品平台4改变位置使得腔内的1064nm激光打到待测物质4_1上，待测物质4_1由于吸热而产生等离子体，发出等离子体发射光C，其发射的光线由耦合透镜5-2聚焦到光纤5-1中，光纤5-1中的光线入射到光谱仪5中，光谱仪5得到的数据输入到计算机主机6中进行分析，从而得到待测物质的成分和含量。
[0033]实施例2
[0034]如图3所示，本实施例与实施例1不同的是输出镜靠近激光二极管2-1的一端镀有对1064nm的反射率为100%的膜，输出镜为全反射镜，这样相对于实施例1来说腔内的激光有更高的功率。
[0035]实施例3
[0036]本实施例的激光光源使用波长为10.6um的CO2脉冲激光器，如图4所示，谐振腔3为两侧相对的第一平面镜3-3和第二平面镜3-4构成的F-P腔，二平面镜的相对面对10.6um波长入射光B-1的反射率为99.9%。通过调整二平面镜之间的距离改变腔长，当腔体满足共振条件uN= (cALXN+e/ji)时，其中^是纵模在频率坐标上的间隔，c为光速，L为腔长，N为自然数，Θ为光波被反射一次后的相位改变，入射光B-1在谐振腔3内共振，此时腔中的驻波强度达到最大，其振荡光B-3光强至少为输入光B-1光强的10倍。且二平面镜反射率越高，腔内的光强越强。
[0037]检测状态如图5所示，与实施例1原理相同。
[0038]实施例4
[0039]如图6所示是本实施例的基本结构图，与实施例5不同的是第二平面镜3-4对入射光B-1全反射，出射光B-2消失，这样可以进一步提升谐振腔3内光束的强度。
[0040]应理解，上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本实用新型的内容并据以实施，并非【具体实施方式】的穷举，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种谐振腔内激光击穿光谱检测装置，包括激光光源和光谱分析单元，所述光谱分析单元包括计算机主机(6)和光谱仪(5)，其特征在于: 还包括谐振腔(3)和移动样品台(4); 所述谐振腔(3)由前腔镜和后腔镜构成，激光光源出光自所述谐振腔(3)前腔镜入射腔内； 所述移动样品台(4)中放置待测物质(4-1)，可升入所述谐振腔(3)内； 所述光谱仪(5)的探测端对准升入谐振腔(3)内的移动样品台(4)。2.根据权利要求1所述的谐振腔内激光击穿光谱检测装置，其特征在于:激光光源出射光作为栗浦光(A-1)，其光路上设置聚光器件(2-4);谐振腔(3)中包括激光晶体，激光晶体的外侧端面为前腔镜，该端面镀有对栗浦光(A-1)高透、对激光晶体激发光高反的膜；激光光源、谐振腔(3)和聚光器件(2-4)组成端面栗浦的固态激光器，栗浦光(A-1)透过聚光器件(2-4)自前腔镜入射谐振腔(3)。3.根据权利要求2所述的谐振腔内激光击穿光谱检测装置，其特征在于:所述激光光源为激光二极管(2-1)或激光二极管阵列。4.根据权利要求2所述的谐振腔内激光击穿光谱检测装置，其特征在于:所述激光光源放置于散热器(2-2)和热电制冷器(2-3)上。5.根据权利要求2所述的谐振腔内激光击穿光谱检测装置，其特征在于:所述后腔镜为凹面镜(3-2)。6.根据权利要求5所述的谐振腔内激光击穿光谱检测装置，其特征在于:所述凹面镜(3-2)在朝向谐振腔(3)的内侧面镀有对激光晶体激发光反射率95%或者全反射的膜。7.根据权利要求1所述的谐振腔内激光击穿光谱检测装置，其特征在于:所述谐振腔(3)为相对平行设置的第一平面镜(3-3)和第二平面镜(3-4)构成的F-P腔，第一平面镜(3-3)为前腔镜，第二平面镜(3-4)为后腔镜，由激光光源发出的入射光(B-1)自第一平面镜(3-3)入射所述F-P腔内，二平面镜间距可调。8.根据权利要求7所述的谐振腔内激光击穿光谱检测装置，其特征在于:所述第一平面镜(3-3)对所述入射光(B-1)高反，第二平面镜(3-4)对入射光(B-1)高反或全反射。9.根据权利要求7所述的谐振腔内激光击穿光谱检测装置，其特征在于:所述激光光源为0)2脉冲激光器。10.根据权利要求1至9任一项所述的谐振腔内激光击穿光谱检测装置，其特征在于:所述光谱仪(5)的探测端为光纤(5-1)和耦合透镜(5-2)，所述耦合透镜(5-2)将光聚焦至光纤(5-1)中。
【专利摘要】一种谐振腔内激光击穿光谱检测装置，包括激光光源、光谱分析单元、谐振腔和移动样品台；光谱分析单元包括主机和光谱仪；所述谐振腔由前腔镜和后腔镜构成。本实用新型利用谐振腔，如固态激光器中的谐振腔，或者直接使用F-P型谐振腔，使激光在腔内部形成共振态，从而具有较强的光强，把待测物质移动到腔内的光强处，物质由于吸热而产生等离子体，等离子体再发射光线，光线被光谱仪分析从而得到物质的成分以及含量。本实用新型所用激光具有更高的击穿功率，使得待测物质更容易离子化，从而得以分析更多的物质成分；由于腔内光强比腔外光强至少强10倍，在和腔外光强同等效果下，其功率至少可以下降10倍以上。
【IPC分类】G01N21/63, G01N21/01
【公开号】CN204832033
【申请号】CN201520369374
【发明人】王欢
【申请人】南京先进激光技术研究院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年6月1日