一種吸收腔式激光擊穿檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光譜測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種吸收腔式激光擊穿檢測(cè)裝置，結(jié)合光 發(fā)蕩技術(shù)提尚檢測(cè)極限。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前常用的激光誘導(dǎo)擊穿光譜法是一種激光燒灼式光譜分析方法，激光經(jīng)過(guò)透鏡 聚焦到待測(cè)樣品上（可以是固體、液體或氣體），當(dāng)激光的能量密度大于待測(cè)樣品擊穿閾值 時(shí)，就會(huì)在局部產(chǎn)生等離子體，這種等離子體的局部能量密度及溫度非常高，用光譜儀收集 待測(cè)樣品等離子體表面產(chǎn)生的發(fā)射譜線的信號(hào)，就可以根據(jù)發(fā)射譜線的強(qiáng)度而定量分析里 面物質(zhì)的濃度。目前激光誘導(dǎo)擊穿光譜法的檢出極限為ppm量級(jí)，檢測(cè)靈敏度難以滿足更 高的檢測(cè)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種吸收腔式激光誘導(dǎo)擊穿檢 測(cè)裝置，利用光腔衰蕩技術(shù)進(jìn)行物質(zhì)濃度的更高靈敏度測(cè)量。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0005] 一種吸收腔式激光擊穿檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)光路系統(tǒng)和電學(xué)控制系統(tǒng)；所述檢測(cè) 光路系統(tǒng)包括吸收腔、激發(fā)光源、檢測(cè)光源、聲光調(diào)制器和光探測(cè)器；
[0006] 所述吸收腔包括腔體，前高反鏡、后高反鏡以及樣品池；腔體與前后端的前高反鏡 和后高反鏡組成密閉的衰蕩腔，前高反鏡為輸入鏡，后高反鏡為輸出鏡；腔體中段上方有透 光窗口，樣品池位于腔體中，與所述透光窗口相對(duì)；腔體留有可關(guān)閉的氣孔；所述激發(fā)光源 的出射光路上設(shè)置激發(fā)光隔離器和激發(fā)光聚焦透鏡，激發(fā)聚焦透鏡的出射光路照準(zhǔn)吸收腔 腔體內(nèi)的樣品池；所述檢測(cè)光源為連續(xù)可調(diào)諧激光源，其出射的檢測(cè)光自前高反鏡入射吸 收腔，再?gòu)暮蠓瓷溏R出射到達(dá)光探測(cè)器；檢測(cè)光源與前高反鏡之間光路中設(shè)置檢測(cè)光隔離 器和聲光調(diào)制器，前高反鏡與光探測(cè)器之間光路中設(shè)置檢測(cè)光聚焦透鏡。
[0007] 所述電學(xué)控制系統(tǒng)包括激發(fā)光控制器、檢測(cè)光控制器、觸發(fā)器和主機(jī)，其中：所述 激發(fā)光控制器連接控制激發(fā)光源；檢測(cè)光控制器連接控制檢測(cè)光源，所述主機(jī)連接控制激 發(fā)光控制器和檢測(cè)光控制器；觸發(fā)器信號(hào)輸入端連接光探測(cè)器輸出端，信號(hào)輸出端分別連 接聲光調(diào)制器和主機(jī)。
[0008] 優(yōu)選的，所述吸收腔為圓柱狀。
[0009] 優(yōu)選的，所述前高反鏡為和后反射鏡均可選擇平面鏡或凹面鏡。
[0010] 優(yōu)選的，所述激發(fā)光源使用脈沖激光光源。本技術(shù)方案中的激發(fā)光源為激光光源； 可以是紫外光源、可見(jiàn)光源或者紅外光源，波段不受限制；可以是固體激光器、半導(dǎo)體激光 器或氣體激光器；可以是連續(xù)光源，也可以是脈沖光源，使用脈沖光源更佳。
[0011] 優(yōu)選的，所述聲光調(diào)制器出射光路中設(shè)置小孔光闌以阻擋零級(jí)衍射斑。
[0012] 優(yōu)選的，所述樣品池為移動(dòng)樣品池。
[0013] 優(yōu)選的，所述檢測(cè)光源輸出采用步進(jìn)掃描方式。
[0014] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電學(xué)控制系統(tǒng)還包括壓電陶瓷，所述壓電陶瓷附在所述輸出 鏡上，驅(qū)動(dòng)輸出鏡位移從而改變所述衰蕩腔腔長(zhǎng)，壓電陶瓷在電壓控制下以恒定頻率振蕩。
[0015] 再進(jìn)一步優(yōu)選的，所述壓電陶瓷位移振蕩驅(qū)動(dòng)的衰蕩腔腔長(zhǎng)變化幅度需要大于檢 測(cè)光波長(zhǎng)的1/2,可使腔模在檢測(cè)激光頻率附近振蕩。
[0016] 優(yōu)選的，所述吸收腔在激發(fā)光源出射前抽成真空狀態(tài)。
[0017] 本發(fā)明技術(shù)方案在一個(gè)衰蕩腔中放置待檢測(cè)樣品，激發(fā)光聚焦入射到待檢測(cè)樣品 上，待檢測(cè)樣品由于吸熱而形成納米粒子云團(tuán)并擴(kuò)散到腔中，這時(shí)關(guān)閉激發(fā)光，打開(kāi)檢測(cè) 光，檢測(cè)光在兩個(gè)高反鏡中來(lái)回反射不斷被相應(yīng)的物質(zhì)吸收，通過(guò)在腔外的光強(qiáng)探測(cè)器探 測(cè)透過(guò)輸出鏡的信號(hào)，可以推算出物質(zhì)的含量。
[0018] 本技術(shù)方案的有益效果為：
[0019] 1.結(jié)合激光誘導(dǎo)擊穿和光衰蕩技術(shù)進(jìn)行高靈敏度的吸收光譜測(cè)量，利用高反射率 的反射鏡，光腔衰蕩技術(shù)的檢出極限可以達(dá)到ppb量級(jí)；
[0020] 2.激發(fā)光照射前吸收腔抽真空，可防止空氣中其它成分的干擾；
[0021] 3.由于被激發(fā)的納米粒子云團(tuán)在腔中擴(kuò)散有很小的氣壓，所以譜線加寬效應(yīng)很 小，被探測(cè)的譜線容易和其他譜線區(qū)分，因此噪聲很小，相應(yīng)的可提高檢測(cè)的靈敏度。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明吸收腔式激光擊穿檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 其中：
[0024] 1 :吸收腔；1-1 :前高反鏡；1-2 :后高反鏡；1-3 :氣口；1-4 :移動(dòng)樣品池；2 :激發(fā) 光源；2-1 :激發(fā)光控制器；2-2 :激發(fā)光隔離器；2-3 :激發(fā)光聚焦透鏡；3 :檢測(cè)光源；3-1 : 檢測(cè)光控制器；3-2 :檢測(cè)光隔離器；4 :聲光調(diào)制器；5 :光強(qiáng)探測(cè)器；5-1 :檢測(cè)光聚焦透鏡； 6 :觸發(fā)器；7 :主機(jī)；8 :待檢測(cè)樣品；
[0025] A :激發(fā)光；B :檢測(cè)光。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，以便更好地理解本發(fā)明。
[0027] 光衰蕩技術(shù)是基于衰蕩腔的高靈敏檢測(cè)技術(shù)。主要測(cè)量光在衰蕩腔中的衰蕩時(shí) 間，由于衰蕩時(shí)間與衰蕩腔的腔鏡、基長(zhǎng)以及腔內(nèi)介質(zhì)的散射和吸收有關(guān)，與光源光強(qiáng)的變 化無(wú)關(guān)，具有靈敏度高的特點(diǎn)。檢測(cè)激光進(jìn)入由高反鏡組成的衰蕩腔之后，會(huì)有一部分光透 過(guò)高反鏡射出，隨著光在兩個(gè)高反鏡中的來(lái)回反射，透射的光線會(huì)隨著時(shí)間按單指數(shù)的方 式衰減，對(duì)這個(gè)衰蕩過(guò)程單指數(shù)擬合可以得到該過(guò)程的衰蕩時(shí)間。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 圖1是本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)圖。激發(fā)光源2使用脈沖式的Nd:YAG激光器，出射 1064nm的脈沖激光，而檢測(cè)光源3使用連續(xù)可調(diào)諧的鈦寶石環(huán)形連續(xù)激光器，其可調(diào)諧范 圍為700-900nm，輸出功率在1000-1700W之間。聲光調(diào)制器4的一級(jí)衍射的效率在85%左 右，零級(jí)衍射斑被一個(gè)小孔光闌擋?。▓D1中未畫(huà)出），工作頻率為80MHz。吸收腔1的兩 個(gè)高反鏡的反射率均為99. 995%，曲率半徑為lm，吸收腔1腔體長(zhǎng)1. 25m，相應(yīng)的衰蕩腔的 自由光譜范圍為120MHz。吸收腔1在沒(méi)有樣品時(shí)并在真空狀態(tài)下，衰蕩時(shí)間為80 y s，腔的 精細(xì)度為50000,腔內(nèi)模式的半高全寬為2kHz。
[0030] 檢測(cè)工作時(shí)，首先使用的是