激光誘導擊穿光譜的環形掃描探測與元素分布分析

蘭云蛟，盧 淵，郭 飛，郭金家，鄭榮兒

中國海洋大學信息科學與工程學院物理系，山東 青島 266100

引 言

激光誘導擊穿光譜(LIBS)作為一種元素定性定量分析手段，具有無需樣品預處理、實時在線、非接觸、多元素同時探測等優點[1]。該技術的工作原理是將脈沖激光聚焦于目標物之上產生瞬態等離子體，通過識別等離子體特征譜線以實現元素的快速分析與檢測[2]。LIBS由于技術原理簡單、硬件結構通用易行，目前在眾多領域獲得應用，并取得了不同程度的成功[2-5]。作為一種主要應用，LIBS技術可通過逐點掃描探測完成樣品表面元素成分分布分析[6-7]。該掃描過程主要是通過垂直或橫向移動LIBS探測點位置，由點及面獲得樣品指定區域內的元素分布情況。根據文獻調研情況，基于LIBS技術的環形掃描研究尚未見報道。因此，本工作搭建了一套LIBS環形掃描探測系統，用以獲取元素分布情況，實現類似“雷達”的功能。

現階段，激光雷達(LIDAR)已被廣泛應用于地形[8]、大氣[9-10]的掃描探測以及車載、星載等移動探測系統[11]。一般來說，激光雷達主要是通過激光返回時間或波長頻移進行相應的測量與分析。設計研制的LIBS環形掃描是期望通過觀測LIBS探測在接近目標物時的元素光譜信號提升，用以判斷元素的高濃度區域，進而實現源頭定位的目的。與常規的“橫平豎直”式的點掃描探測比較，環形掃描可在大尺度范圍內快速地實現目標尋源。此外，所搭建系統是通過旋轉光學部件直接進行360 °掃描，而不是移動整個系統。……