一种基于被动调Q激光器泵浦光触发的LIBS系统的制作方法

本实用新型涉及LIBS领域，尤其涉及一种基于被动调Q激光器泵浦光触发的LIBS系统。

背景技术：

LIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy)是一种激光烧蚀光谱分析技术，激光聚焦在测试位点，当激光脉冲的能量密度大于击穿阈值时产生等离子体，通过分析等离子体光谱可测量目标的成分、含量等信息。与其他常用元素分析的方法相比，其主要优点有:(1)利用激光特有的性能，可实现远程、实时、在线元素检测。(2)仪器体积相对较小，适用于现场分析、可在恶劣条件下进行测定。(3)可用于各种形态的固体、液体甚至气体分析，而且无需繁琐的样品前处理过程，分析简便、快速。(4)可测定难溶解的高硬度材料，对样品尺寸要求不严格，且对样品的破坏性小，实现微损甚至近于无损检测，样品消耗量极低(约0.1μg-0.1mg)。(5)分析时间短，从激光脉冲发射到信号收集的整个过程仅仅需要毫秒级别的时间。(6)可进行多元素同时检测。

近年来，随着对工业节能减排的要求，以及环境污染事件频发、食品安全等一系列问题，快速检测仪器得到了极大的重视。对于军事国防业及突发事件对快速响应的需求，环境监测与地质对在线监测的需求，历史文化遗产对于不可移动物质判别的需求，LIBS技术以其无样品预处理，多形态分析以及无辐射危害的优势成为现场检测技术最新发展的热点，而便携化无疑是这一技术的一大发展趋势。从目前LIBS发展现状来看，体积大、价格高是影响LIBS广泛应用的两个主要影响因素。

LIBS系统一般采用主动调Q高能脉冲固体激光器，其优点是能量输出稳定，具有外触发功能，触发信号与激光脉冲输出同步。脉冲信号发生器同时触发激光器与光谱仪，分别调节触发信号延时，可获得具有时间分辨的LIBS光谱。但是主动调Q激光器由于需要特殊的高压脉冲调Q电源，另外调Q晶体需要安装电极，因此激光器一般体积大、造价高，不利于便携应用。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种基于被动调Q激光器泵浦光触发的LIBS系统，以便使其具有体积小、造价低、便携的优点。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种基于被动调Q激光器泵浦光触发的LIBS系统，包括激光发射系统、光触发延时系统以及光谱探测系统，其中所述激光发射系统中的激发光源采用被动调Q固体激光器，所述被动调Q固体激光器包括全反镜、聚光腔、晶体棒、脉冲氙灯、激光电源、调Q晶体以及输出镜，其中所述晶体棒和脉冲氙灯密封在聚光腔内，所述脉冲氙灯与激光电源相连接；所述调Q晶体放置在激光谐振腔内；所述光触发延时系统包括相连接的光触发器和延时器，所述光触发器上连接有光纤，所述光纤的末端连接有光纤接头，所述光纤接头与聚光腔上设有的安装孔配合安装；所述光谱探测系统包括光谱仪，所述光谱仪与延时器相连接，所述光谱仪上还连接有光纤，所述光纤的末端连接有光纤探头。

优选的是，所述被动调Q固体激光器采用被动调Q固体YAG激光器。

优选的是，所述激光发射系统还包括沿脉冲激光束的光路依次设置的全反射镜和透镜。

优选的是，所述安装孔设置在聚光腔圆柱面的任一端部。

优选的是，设置所述延时器的延时时间可调，调节时间范围为30ns～1000ms。

本实用新型的该方案的有益效果在于上述基于被动调Q激光器泵浦光触发的LIBS系统采用被动调Q脉冲固体激光器作为LIBS激发光源，以聚光腔内脉冲氙灯作为光触发信号，这样便能够及时触发光谱仪接收光谱信号，通过调节延时器的延时时间，以获得最大信噪比的光谱信号；由于系统采用被动调Q固体激光器，因此本实用新型所涉及的LIBS系统具有体积小、造价低的优点，利于更广泛的推广应用。

附图说明

图1示出了本实用新型所涉及的LIBS系统的结构图。

图2示出了各信号之间的时间关系图，其中(a)为脉冲氙灯泵浦光输出波形图，(b)为激光器输出脉冲激光图，(c)为激发光随时间变化图，(d)为光触发延时示意图。

附图标记：1-全反镜，2-聚光腔，3-YAG晶体棒，4-脉冲氙灯，5-激光电源，6-调Q晶体，7-输出镜，8-全反射镜，9-透镜，10-光纤接头，11-光纤，12-光触发器，13-延时器，14-光谱仪，15-光纤探头，A-目标物。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型所涉及的基于被动调Q激光器泵浦光触发的LIBS系统包括激光发射系统、光触发延时系统以及光谱探测系统，其中所述激光发射系统中的激发光源采用被动调Q固体激光器，在本实施例中，所述被动调Q固体激光器采用被动调Q固体YAG激光器，所述被动调Q固体YAG激光器包括全反镜1、聚光腔2、YAG晶体棒3、脉冲氙灯4、激光电源5、调Q晶体6以及输出镜7，其中所述YAG晶体棒3和脉冲氙灯4密封在聚光腔2内，所述聚光腔2可采用铝制的聚光腔2，所述脉冲氙灯4与激光电源5相连接；所述调Q晶体6放置在激光谐振腔内，在本实施例中，所述调Q晶体6采用Cr⁴⁺:YAG；所述激光发射系统还包括沿脉冲激光束的光路依次设置的全反射镜8和透镜9。

所述光触发延时系统包括相连接的光触发器12和延时器13，所述光触发器12上连接有光纤11，所述光纤11的末端连接有光纤接头10，所述光纤接头10与聚光腔2上设有的安装孔配合安装，以便达到密封的效果；为了不影响聚光效率，所述安装孔设置在聚光腔2圆柱面的任一端部。为了能调到最佳延时，设置所述延时器13的延时时间可调，调节时间范围为30ns～1000ms。

所述光谱探测系统包括光谱仪14，所述光谱仪14与延时器13相连接，所述光谱仪14上还连接有光纤11，所述光纤11的末端连接有光纤探头15。

在具体的使用过程中，脉冲氙灯4泵浦时的闪光信号由光纤11传输至光触发器12转变为电脉冲信号，经过延时器13延时后，触发光谱仪14接收光谱信号。激光器输出的脉冲激光束经全反射镜8反射，再由透镜9聚焦至目标物A，适当调节延时器13的延时时间触发光谱仪14接收目标物A的等离子体光谱信号。

各信号之间的时间关系如图2所示，其中脉冲氙灯泵浦光输出波形图如图(a)所示，激光器输出的多脉冲激光信号如图(b)所示，由图可以看出，激光器输出的首脉冲与泵浦光信号起始端具有一定的延时；脉冲激光激发目标物产生的光信号随时间变化如图(c)所示，其起始端与激光首脉冲具有一定的时间延时。另外，脉冲氙灯泵浦光达到一定强度时，由光触发器产生的触发信号m，及经延时器产生的延时信号n如图(d)所示，通过调整延时时间及光谱仪曝光时间可获得最佳信噪比的光谱信号。

本实用新型所涉及的基于被动调Q激光器泵浦光触发的LIBS系统采用被动调Q脉冲固体激光器作为LIBS激发光源，以聚光腔内脉冲氙灯作为光触发信号，这样便能够及时触发光谱仪接收光谱信号，通过调节延时器的延时时间，以获得最大信噪比的光谱信号；由于系统采用被动调Q固体激光器，因此本实用新型所涉及的LIBS系统具有体积小、造价低的优点，利于更广泛的推广应用。