基于遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)的高分辨率激光探針儀研究.pdf

1、激光探針技術(shù)（Laser-induced Breakdown Spectroscopy，簡(jiǎn)稱LIBS）是一種重要的成分檢測(cè)手段。當(dāng)前，激光探針儀因受到光學(xué)衍射極限的限制，和現(xiàn)有的電子探針、能譜分析等技術(shù)相比，其分辨率往往較低。為了進(jìn)一步提高激光探針技術(shù)的分辨率，本論文基于遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)技術(shù)對(duì)激光探針儀的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計(jì)，內(nèi)容涵蓋激光同軸聚焦、同軸監(jiān)測(cè)與照明、同軸指示與光譜采集等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)的高分辨率激光探針儀的研制。其主

2、要研究成果如下：
　　系統(tǒng)研究了基于遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)的激光探針儀的極限分辨率。采用數(shù)值孔徑為0.4的反射式聚焦物鏡對(duì)波長(zhǎng)為532 nm的脈沖激光束進(jìn)行聚焦，在合適能量條件下，燒蝕Al和Fe純樣表面獲得的極限分辨率分別為2.26μm和1.87μm，在此極限分辨率下利用同軸光譜采集系統(tǒng)分別能夠采集到3倍于背景噪聲強(qiáng)度的Al和Fe元素的光譜信號(hào)。
　　設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了帶同軸照明的同軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)悠繁砻?86×215μm2的矩形區(qū)域

3、進(jìn)行成像，其視場(chǎng)放大率達(dá)24.7倍。結(jié)果表明，采用同軸照明系統(tǒng)能夠有效提高攝取圖像的銳度和清晰度，獲得的圖像分辨率不低于228 lines/mm（單位：線對(duì)每毫米）。
　　發(fā)明了一種帶指示光的同軸光譜采集系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)能夠?qū)⑼S光譜采集器與等離子體的對(duì)準(zhǔn)誤差控制在10μm以內(nèi)。通過(guò)采用帶X-Y軸掃描的同軸光譜采集系統(tǒng)，在同軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)等離子體表面63個(gè)點(diǎn)（7×9的點(diǎn)陣列）進(jìn)行精確光譜采集，從而獲得了等離子體中