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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明提出了一种外场增强飞秒激光诱导击穿光谱用于深度检测的方法，属于飞秒激光应用技术领域。具体涉及一种利用火花放电与微波增强飞秒激光激发等离子体发射强度，进而提高等离子体光谱的深度检测极限与元素分辨率的方法。通过将连接直流高压电源的针状电极与连接微波发生器的锥形天线固定在样品附近，在飞秒激光通过平凸透镜聚焦在样品的加工位置处，火花放电与脉冲微波使得样品局部形成了强烈的电磁脉冲，等离子体通过电磁波耦合从中吸收能量，造成等离子体密度、温度显著增加，从而提高了等离子体发光光谱的强度与信噪比，最终提高了LIBS方法用于深孔加工中元素检测的深度检测极限与元素分辨率。

主权项：1.基于外场增强的飞秒激光诱导击穿光谱深度检测系统，其特征在于：包括飞秒激光加工子系统、顶端成像子系统、光谱采集子系统、微波光谱增强子系统、火花放电光谱增强子系统、高精度三维平移台10、数字延时脉冲发生器32和计算机控制系统33；所述飞秒激光加工子系统用于激发样品9产生等离子体，包括飞秒激光器1、第一光阑2、电控快门3、半波片4、格兰泰勒棱镜5、第二光阑6、镀膜反射镜7、聚焦平凸透镜8和带涂层合金样品9；飞秒激光脉冲依次经过上述部件后，聚焦于带涂层合金样品9的加工位置，激发带涂层合金样品9产生等离子体；利用半波片4和格兰泰勒棱镜5的组合，实现对飞秒激光能量的连续线性调节；所述顶端成像子系统与计算机控制系统相连,用于对样品加工过程的实时观测，包括分束镜11、成像第一平凸透镜12、成像第二平凸透镜13、电荷耦合器件14和照明光源15；分束镜11和照明光源15用于提供成像光源，成像第一平凸透镜12与成像第二平凸透镜13用于将图像信息耦合到电荷耦合器件14；所述光谱采集子系统用于采集样品的等离子体发光并获得等离子体光谱，包括第一双胶合消色差透镜16、第二双胶合消色差透镜17、光纤探头18、光纤19、光谱仪20和增强型电荷耦合器件21；第一双胶合消色差透镜16和第二双胶合消色差透镜17将样品等离子体发光会聚在光线探头18处，经过光纤19传输进入光谱仪20和增强型电荷耦合器件21进行光谱采集与分析；所述微波光谱增强子系统用于在样品加工位置产生局部增强微波场以提高等离子体发光强度和持续时间，包括铜质锥形天线22、柔性同轴电缆23、定向耦合器24、三短截线式调谐器25和磁控管微波发生器26；磁控管微波发生器26产生脉冲微波辐射，经由柔性同轴电缆23传输到达铜质锥形天线22，在样品加工位置形成微波场，中间经过的三短截线式调谐器25用于改变微波能量，定向耦合器24用于测量输入和反射的微波功率；所述火花放电光谱增强子系统用于增加样品等离子体发光的强度和持续时间，包括钨质针状电极27、第一限流电阻28、第二限流电阻29、高压电容器30和直流高压电源31；连接直流高压电源的两极使得针状电极27和带涂层合金样品9之间形成高电压，使用高压电容器30与之并联进行电荷存储，一旦激光脉冲激发带涂层合金样品9产生等离子体，针状电极27和带涂层合金样品9之间的气隙就会导电，两者间的高电压立即触发火花放电；另外，在带涂层合金样品9与高压电容器30的并联电路中接入第一限流电阻28和第二限流电阻29，限制充放电过程的电流；所述高精度三维平移台10与计算机控制系统相连,用于承载带涂层合金样品9进行微米级精度运动，可以精确控制飞秒激光加工样品的位置；高精度三维平移台10与顶端成像子系统配合使用，用于在带涂层合金样品9的不同深度位置激发等离子；所述数字延时脉冲发生器32与飞秒激光器1和磁控管微波发生器26相连，用于协同控制脉冲激光和脉冲微波的输出延时；所述计算机控制系统33与飞秒激光器1、电控快门3、高精度三维平移台10、电荷耦合器件14、光谱仪20、增强型电荷耦合器件21和数字延时脉冲发生器32相连；用于协同控制飞秒激光脉冲触发、电控快门开关、三维平移台运动、电荷耦合器件CCD成像、光谱仪光谱采集和延时脉冲发生器参数；带涂层合金样品9在照明光源15照射下产生的白光向上反射，进入顶端成像子系统中的电荷耦合器件14，实现对加工过程的实时观测；飞秒激光激发带涂层合金样品9产生的等离子体发光，由第一双胶合消色差透镜16、第二双胶合消色差透镜17会聚进入光谱采集子系统，经光纤探头18采集后进入光谱仪20；带涂层合金样品9与微波光谱增强子系统的铜质锥形天线22之间保持几毫米的间隙，后者经由柔性同轴电缆23与磁控管微波发生器26相连，将脉冲微波传输至带涂层合金样品9处；带涂层合金样品9与火花放电光谱增强子系统的针状电极27之间保持几毫米的间隙，两者通过导线分别与直流高压电源31的负极和正极相连。

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