CN117782773B - 多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器和剥蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器和剥蚀方法。其中，进样器包括：激光发射组件和样品容纳组件，激光组件发射的激光照射到样品容纳组件内的样品表面上，对样品进行剥蚀；激光发射组件包括依次设置的激光器、快门和脉冲分离器，激光器和脉冲分离器位于同一平面上，激光器发射出的激光经过脉冲分离器后照射到样品上，快门通过第一控制器控制，快门的设置能够控制激光器发射激光作用于固体样品上的个数。通过快门和脉冲分离器将输出的单个激光脉冲，进一步分解为多个子脉冲，并形成一个子脉冲串，作用在样品上，生成纳米级直径的气溶胶粒子，能够降低样品的基体效应和元素分馏效应，提高元素或同位素的分析精准度。

Description

多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器和剥蚀方法

技术领域

本发明涉及激光剥蚀技术领域，尤其涉及一种多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器和剥蚀方法。

背景技术

目前地球激光微区化学分析中，尤其是固体微区地球化学分析技术依赖于激光剥蚀进样***和等离子体质谱仪的联用，可将样品的元素和同位素含量，或样品的元素和同位素的比值测量出来，但是样品基体效应和元素分馏效应严重制约了测量的精准度。

常用的高能量193nm波长纳秒激光器的脉冲频率范围为1Hz至10Hz，即呈每秒剥蚀次数小于10次的间歇剥蚀模式，而电感耦合等离子体质谱仪数据点的积分时间一般为10ms至50ms，接近于连续采集模式。因此，当激光器剥蚀样品，产生脉冲信号时，电感耦合等离子体质谱仪检测器的响应值（CPS记数值）会增多，而没有脉冲信号时，则检测器的响应值减弱，致使电感耦合等离子体质谱仪的数据采集在激光剥蚀的固体进样模式下，受到了激光剥蚀间歇模式的影响。由激光剥蚀***与电感耦合等离子体质谱仪联用的LA-ICP-MS分析结果相对标准偏差（RSD%）明显大于传统的蠕动泵提升进样溶液等离子体质谱分析（SN-ICP-MS），极大的影响了固体样品分析数据精度。然而，提高激光器脉冲频率会增加激光剥蚀***热效应以及降低单脉冲能量，导致降低激光剥蚀效果，无法快速高效的获得小尺度样品，增加电感耦合等离子体的分析难度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

鉴于此，本发明提供的一种多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器和剥蚀方法，其中进样器中激光发射组件的快门能够控制作用于样品表面的激光脉冲个数，并通过脉冲分离器将输出的单个激光脉冲，进一步分解为多个子脉冲，形成子脉冲串，子脉冲串作用在样品上，形成更小直径（纳米级直径）的气溶胶粒子，能够降低样品的基体效应和元素分馏效应，提高元素及同位素分析的精准度。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明的第一方面的实施例，提供了一种激光剥蚀固本样品的进样器，所述进样器包括：激光发射组件和样品容纳组件，所述激光组件的发射的激光照射到所述样品容纳组件内的样品表面上，对所述样品进行剥蚀；

所述激光发射组件包括依次设置的激光器、快门和脉冲分离器，所述激光器和所述脉冲分离器位于同一平面上，所述激光器发射出的激光经过所述脉冲分离器后照射到所述样品上，所述快门通过第一控制器控制，所述快门用于控制所述激光器发射所述激光作用于样品上的脉冲个数。

可选地，所述快门和所述脉冲分离器之间依次设置倍频器和扩束器，其中所述倍频器靠近所述激光器设置，所述倍频器用于扩大所述激光的频率，并缩小所述激光的波长；所述扩束器用于扩大所述激光的光斑直径。

可选地，所述脉冲分离器远离所述激光器的一侧还设有能量控制器，所述能量控制器内设有半波片和偏振片，所述能量控制器还包括第一旋转驱动器，所述第一旋转驱动器用于控制所述半波片和所述偏振片的夹角，通过调整所述夹角的大小，控制通过所述能量控制器激光能量的衰减程度。

可选地，所述进样器还包括：

光束整形器，设置于所述能量控制器远离所述激光器的一侧，所述光束整形器内设有光栅，通过所述光栅的衍射和镜片的聚焦，将高斯光束激光转化为平顶光束激光。

可选地，所述进样器还包括：

束斑直径控制器，设置于所述光束整形器远离所述能量控制器的一侧，所述束斑直径控制器包括圆形基板和设置于所述圆形基板上的多个通光孔，多个所述通光孔的圆心与所述圆形基板圆心之间的距离相同，多个所述通光孔的直径均不相同；

第二旋转驱动器，与所述束斑直径控制器连接，所述第二旋转驱动器用于控制所述束斑直径控制器的转动，使所述激光通过所需的所述通光孔。

可选地，所述进样器还包括：

二向色镜，倾斜设置，所述激光发射组件发射的所述激光经过所述二向色镜改变路线后射进所述样品容纳组件内的所述样品表面上。

可选地，所述样品容纳组件包括：

三维平台，所述三维平台上固定设有剥蚀池，所述样品设置于所述剥蚀池内，所述剥蚀池侧面相对的位置上分别设有进气口和出气口，所述进气口与惰性气体连通，所述出气口与分析设备连通；

第三控制器，用于控制所述三维平台的三维移动；

聚焦物镜，与所述剥蚀池平行设置，所述聚焦物镜设置于所述二向色镜和所述剥蚀池之间，所述聚焦物镜用于聚焦所述激光和照明成像光到所述样品表面上。

可选地，所述进样器还包括监测组件，所述监测组件包括：

照明成像光源，设置于所述激光的上方；

CCD相机，位于所述样品容纳组件的上方；

半反半透镜，倾斜设置，所述半反半透镜位于所述CCD相机和所述二向色镜之间；

远程终端，用于接收所述CCD相机采集的图像信息；

其中，所述照明成像光源形成的辐射光经所述半反半透镜反射后，再次透过所述二向色镜和所述聚焦物镜后聚焦于所述样品的表面，从所述样品的表面反射回的所述辐射光沿原光路返回，并经所述半反半透镜后进入所述CCD相机，所述样品的表面形貌成像于所述CCD相机，所述CCD相机采集的所述图像信息传递给所述远程终端。

可选地，所述进样器还包括：

第二控制器，用于控制所述脉冲分离器的分离脉冲个数；

延时控制器，用于控制第一控制器和第二控制器的工作间隔时间。

本发明第二方面的实施例，提供了一种剥蚀方法，利用上述的进样器获取，所述剥蚀方法包括：

基于激光发射组件把一个完整的飞秒激光脉冲分解为若干个时间间隔可控的子脉冲，形成所需的剥蚀激光；

所述剥蚀激光聚焦于固体样品的表面，生成纳米级粒径的气溶胶颗粒，实现对所述固体样品的剥蚀。

本发明实施例提供的激光剥蚀固定样品的进样器和剥蚀方法，其中，进样器包括激光发射组件和样品容纳组件，样品容纳组件用于放置样品，将激光发射组件发射的激光照射到样品表面，对样品实现剥蚀，快门的设置能够控制激光器输出激光最终射至固体样品表面的脉冲个数，并继续通过脉冲分离器将输出的每一个单个激光脉冲，再次分解为多个子脉冲，形成多个子脉冲串，多个子脉冲串作用在样品上，形成更小直径（纳米级直径）的气溶胶粒子，能够降低样品的基体效应和元素分馏效应，提高后续元素或同位素的分析精准度。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的一个实施例的激光剥蚀固定样品的进样器的示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的束斑直径控制器的主视图；

图3为根据本发明的一个实施例的剥蚀方法的步骤流程图；

图4为根据本发明的一个实施例的形成所需的剥蚀激光的步骤流程图；

图5为根据本发明的一个可选实施例的固体样品剥蚀的步骤流程图。

其中，图1和图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100进样器，101激光器，102快门，103倍频器，104扩束器，105脉冲分离器，106能量控制器，107光束整形器，108束斑直径控制器，1081圆形基板，1082通光孔，109 CCD相机，110照明成像光源，111半反半透镜，112二向色镜，113聚焦物镜，114剥蚀池，1141进气口，1142出气口，116三维平台，117第一控制器，118第二控制器，119延时控制器，120第三控制器，121远程终端，122第一旋转驱动器，123第二旋转驱动器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对本发明实施方式作进一步的详细描述之前，本发明实施例中所涉及的方位名词，如“上部”、“下部”、“侧部”并不具有限定本发明保护范围的意义。

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述。

实施例1

图1为根据本发明的一个实施例的激光剥蚀固定样品的进样器的示意图。

如图1至所示，本发明的一个实施例提供了一种激光剥蚀固定样品的进样器100，进样器100包括：激光发射组件和样品容纳组件，激光组件的发射的激光照射到样品容纳组件内的样品表面上，对样品进行剥蚀；

激光发射组件包括依次设置的激光器101、快门102和脉冲分离器105，激光器101和脉冲分离器105位于同一平面上，激光器101发射出的激光经过脉冲分离器105后照射到样品上，快门102通过第一控制器117控制，快门102用于控制激光器发射激光作用于样品上的脉冲个数。

其中，进样器100包括激光发射组件和样品容纳组件，样品容纳组件用于放置样品，将激光发射组件发射的激光照射到样品表面，对样品实现剥蚀，进一步地激光发射组件包括依次设置在同一平面上的的激光器101、快门102和脉冲分离器105，快门102的设置能够控制激光器101发射激光至固体样品表面上的激光脉冲个数，并继续通过脉冲分离器105将输出的每一个单个激光脉冲，再次分解为多个子脉冲，形成子脉冲串，子脉冲串作用在固体样品上，形成更小直径的气溶胶粒子，能够降低样品的基体效应和元素分馏效应，提高后续分析设备的分析精准度。

需要说明的是，激光的波长、脉冲宽度、能量、重复频率、个数等都将影响剥蚀粒子产生的物理机制和物理形貌。本实施例的激光器101采用飞秒激光器，由于其脉冲宽度仅为几十至几百个飞秒，持续时间极短，仅为传统纳秒激光脉冲宽度的约百万分之一，显著降低了激光在剥蚀过程中扩散到样品周围的热传导效应；同时飞秒激光器的飞秒激光具有较高的瞬时峰值功率密度，使得晶体和化学健的破坏更为容易，因此飞秒激光可以对透明矿物萤石、石英及熔点较低的金属矿物实现可控制的化学计量剥蚀，提高进样器100的适用范围。

进一步地，通过快门102的设置能够满足用户的不同需求，满足定制要求，根据用户所需的脉冲数量，控制快门102切断激光器101的激光发射，控制激光器发射激光作用至固体样品表面上的脉冲个数；在快门102后面设置脉冲分离器105，通过脉冲分离器105将每个激光脉冲，再次分解为多个子脉冲，也即一个飞秒激光脉冲分离成2个子脉冲，2个子脉冲分离成4个子脉冲，4个子脉冲分离为8个子脉冲，甚至更多的子脉冲，进而形成一个子脉冲串并作用在固体样品上，后续子脉冲相继作用在前序子脉冲产生的等离子体或剥蚀粒子（固体样品）上，最终形成纳米级直径的气溶胶粒子，能够降低样品的基体效应和元素分馏效应，提高后续分析设备对元素或同位素的分析精准度。其中，通过第二控制器118能够控制各个子脉冲之间的时间间隔，也即各子脉冲之间的时间间隔可以动态调控，例如在纳秒、皮秒或者飞秒量级，进而提高剥蚀效率。其中，图1中的箭头方向是指剥蚀激光（飞秒激光）的路径和控制器的控制部件。

在一种可行的实施方式中，快门102和脉冲分离器105之间依次设置倍频器103和扩束器104，其中倍频器103靠近激光器101设置，倍频器103用于扩大激光的频率，并缩小激光的波长；扩束器104用于扩大激光的光斑直径。

其中，通过倍频器103将每个脉冲激光的频率扩大，如二倍频器将激光的频率变为二倍，则激光的波长相应缩短为原来的1/2，三倍频器将激光的频率变为三倍，则相应地激光的波长变为原来的1/3，不再一一列举，根据光速等于波长和频率的乘积获取，提高激光的频率，增大单个光子能量，增强破坏样品化学健的能力。

进一步通扩束器104的设置，扩大现有飞秒激光的直径，也即将束斑直径变大，进而增大汇聚角，能够避免飞秒激光成丝效应，减小激光的剥蚀面积，影响后续的剥蚀效果和剥蚀要求。

在一种可行的实施方式中，脉冲分离器105远离激光器101的一侧还设有能量控制器106，能量控制器106内设有半波片和偏振片，能量控制器106还包括第一旋转驱动器122，第一旋转驱动器122用于控制半波片和偏振片的夹角，通过调整夹角的大小，控制通过能量控制器106激光能量的衰减程度。

其中，通过第一旋转驱动器122用于控制能量控制器内半波片和偏振片的相对角度，如半波片固定，通过第一旋转驱动器122驱动偏振片转动，或者偏振片固定，通过第一旋转驱动器122驱动半波片的转动，使半波片和偏振片形成一个夹角α，需要说明的是，本实施例中固定偏振片而旋转半波片，从而调控两者相对夹角α，使得透过的激光能量变化，能够满足对不同类型的固体样品剥蚀的需求。

在一种可行的实施方式中，进样器100还包括：

光束整形器107，设置于能量控制器106远离激光器101的一侧，光束整形器107内设有光栅，通过光栅的衍射和镜片的聚焦，将高斯光束激光转化为平顶光束激光。

其中，光束整形器107又称作激光整形器，激光束通过光栅的衍射和镜片的聚焦，将原有的高斯光束激光转化成平顶光束激光，需要说明的是，高斯光束激光的中心区域的光强分布较为集中，而边缘区域的光强分布则相对较弱，而平顶光束激光则是将光强分布在光束横截面上呈现均匀分布的状态，通过光束整形器改变原有激光的光强分布，进而提高激光照射到样品上的光束质量，使得受到飞秒激光辐射区域的固体样品吸收光能量的密度相同，避免剥蚀区能量分布连续性变化，造成元素分馏，进而影响后续分析设备的分析精度。

图2为根据本发明的一个实施例的束斑直径控制器的主视图。

在一种可行的实施方式中，如图2所示，进样器100还包括：

束斑直径控制器108，设置于光束整形器107远离能量控制器106的一侧，束斑直径控制器108包括圆形基板1081和设置于圆形基板1081上的多个通光孔1082，多个通光孔1082的圆心与圆形基板1081圆心之间的距离相同，多个通光孔1082的直径均不相同；

第二旋转驱动器123，与束斑直径控制器108连接，第二旋转驱动器123用于控制束斑直径控制器108的转动，使激光通过所需的通光孔1082。

其中，束斑直径控制器108包括圆形基板1081和设置于圆形基板1081上的多个通光孔1082，通过第二旋转驱动器123驱动圆形基板1081的转动，实现聚焦后光束（束斑）直径的动态调整，提高进样器100的适用范围，也就是说不同直径的通光孔1082可以控制通过它的飞秒激光束束斑直径，进而影响和控制聚焦于固体样品表面的束斑直径大小，满足各种剥蚀要求，提高剥蚀效率和剥蚀效果。

在一种可行的实施方式中，进样器还包括：

二向色镜112，倾斜设置，激光发射组件发射的激光经过二向色镜112改变路线后射进样品容纳组件内的样品表面上。

其中，二向色镜112对一定波长的激光几乎能够实现全反射，这样通过调整二向色镜112与激光入射的角度（通常为45°入射角），能够实现激光的全反射，时激光全部照射到样品容纳组件内的样品上，最大程度的减少激光能量的损耗，保证剥蚀效果；同时对一定波长的激光几乎实现全透过，这样能够将照射到样品上的光透过二向色镜112，将图像投射至CCD相机109内，保证图像采集的精准度和清晰度。

在一种可行的实施方式中，样品容纳组件包括：

三维平台116，三维平台116上固定设有剥蚀池114，样品设置于剥蚀池114内，剥蚀池114侧面相对的位置上分别设有进气口1141和出气口1142，进气口1141与惰性气体连通，出气口1142与分析设备连通；

第三控制器120，用于控制三维平台116的三维移动；

聚焦物镜113，与剥蚀池114平行设置，聚焦物镜113设置于二向色镜112和剥蚀池之间，113聚焦物镜用于聚焦激光和照明成像光到样品表面上。

其中，惰性气体可以为氦气、氩气、氦-氩混合气或氮-氩混合气，以及其他辅助气体，与剥蚀的固体样品生成气溶胶粒子，通过出气口1142经传输管道进入后续分析设备中进行固体样品的分析，通过惰性气体能够将剥蚀后的样品带入到分析设备中进行分析，分析设备可以是激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)、激光剥蚀多接收杯电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)或激光剥蚀电感耦合等离子体发射光谱(LA-ICP-OES)，实现后续对样品的分析。更进一步地，进气口1141和出气口1142通常平行设置，能够保证将剥蚀的固体样品形成气溶胶粒子后大部分都能进入到分析设备中，保证分析效率。

需要说明的是，通过聚焦物镜113将经过二向色镜112反射的激光投射至剥蚀池114内的固体样品上，通过第三控制器117控制三维平台116的三维移动，使固体样品表面始终位于激光的焦平面上，保证剥蚀效果的准确性和有效性。

在一种可行的实施方式中，进样器100还包括监测组件，监测组件包括：

照明成像光源110，设置于激光的上方；

CCD相机109，位于样品容纳组件的上方；

半反半透镜111，倾斜设置，半反半透镜111位于CCD相机109和二向色镜112之间；

远程终端121，用于接收CCD相机109采集的图像信息；

其中，照明成像光源110形成的辐射光经半反半透镜111反射后，再次透过二向色镜112和聚焦物镜113后聚焦于固体样品的表面，从固体样品的表面反射回的辐射光沿原光路返回，并经半反半透镜111后进入CCD相机109，固体样品的表面形貌成像于CCD相机109，CCD相机109采集的图像信息传递给远程终端121。

需要说明的是，照明成像光源110通常为LED光源，实现对CCD相机109拍摄的照明光，保证CCD相机109采集图像的清晰度和准确性，LED光源通过半反半透镜111的反射并穿透二向色镜112，为剥蚀池114内补光，同时，部分LED光源再依次穿透二向色镜112和半反半透镜111，为CCD相机109拍摄补充光源，提高CCD相机109采集图像信息的清晰度，并将采集的图像信息传送至远程终端121内。

需要说明的是，CCD相机109采集的图像信息，经远程终端121（电脑）上图像处理软件处理，依据清晰度作为一个判据，实时反馈控制信号，并经第三控制器117，驱动三维控制平台116运动，直至固体样品的表面置于飞秒激光的焦平面为止，也即远程终端121根据采集的图像信息，并通过第三控制器117控制三维平台116朝向或远离CCD相机109的方向移动，找到焦平面，也即准确控制剥蚀池114内的样品表面始终处于激光的焦平面上，实现对固体样品高空间分辨率精准定位进样、全自动选区与路径规划。

更进一步地，将第一控制器117、第二控制器118、第一旋转控制器和第二旋转控制器也分别与远程终端121连接，实现自动控制激光器101工作以及实现对剥蚀的自聚焦，提高剥蚀效率。

在一种可行的实施方式中，进样器100还包括：

第二控制器118，用于控制脉冲分离器105的分离脉冲个数；

延时控制器119，用于控制第一控制器117和第二控制器118的工作间隔时间。

其中，第二控制器118控制脉冲分离器105将单个脉冲变为两个子脉冲、四个子脉冲或八个子脉冲，因为每经过一次脉冲分离器105都可以实现一分二的效果；通过延时控制器119能够同时控制激光器101、第一控制器117、第二控制器118，第一旋转驱动器122和第二旋转驱动器123的同时或延迟工作，方便连续控制激光的能量，实现激光对样品的连续剥蚀，提高剥蚀效率。

需要说明的是，本实施例的激光器101、倍频器103、扩束器104、脉冲分离器105、能量控制器106、光束整形器107和束斑直径控制器108均位于同一直线上，使得激光经过一系列变换后直接照射在二向色镜112后投射到剥蚀池114内的固体样品上，减少飞秒激光能量的损失，保证剥蚀的有效性和可靠性，有助于后续分析设备分析的准确性。本实施例的进样器100结构紧凑、快捷方便、适用性广泛、可重复性好。其中，固体样品的剥蚀属于激光微区化学分析，真正意义上的激光微区化学分析，必须具备高空间分辨率的定位取样分析，取样粒子颗粒直径越细，在质谱分析部分离子化的效率越高，元素和同位素分析精准度也就越高。

实施例2

图3为根据本发明的一个实施例的剥蚀方法的步骤流程图。

如图3所示，本发明的一个实施例提供了一种剥蚀方法，利用实施例1的进样器获取，剥蚀方法包括：

步骤1，基于激光发射组件把一个完整的飞秒激光脉冲分解为若干个时间间隔可控的子脉冲，形成所需的剥蚀激光；

步骤2，剥蚀激光聚焦于固体样品的表面，生成纳米级粒径的气溶胶颗粒，实现对固体样品的剥蚀。

其中，根据需要改变激光的个数、波长、能量和直径，使激光达到所需的剥蚀激光后对固体样品进行剥蚀，一方面提高剥蚀的准确性和剥蚀效率，另一方面还能够在剥蚀池内产生更小直径的气溶胶粒子，降低样品的基体效应和元素分馏效应，提高后续元素或同位素的分析精准度。

图4为根据本发明的一个实施例的形成所需的剥蚀激光的步骤流程图。

在一种可行的实时方式中，如图4所示，形成所需的剥蚀激光包括：

步骤101，基于快门和/或延时控制器，控制激光器输出至固体样品表面的激光脉冲个数；

步骤102，基于倍频器改变激光的频率；

步骤103，基于扩束器改变激光的光束直径；

步骤104，基于脉冲分离器分解单束脉冲为若干个子脉冲；

步骤105，基于能量控制器对激光的能量进行衰减变化；

步骤106，基于光束整形器，将高斯光束激光转变为平顶光束激光；

步骤107，基于束斑直径控制器，获取激光射至样品上的不同光斑直径；

步骤108，根据用户需求，形成所需的剥蚀激光。

其中，本实施例的激光器为飞秒激光器，飞秒激光器输出飞秒激光脉冲后经过倍频器改变飞秒激光光束的波长和频率，增大飞秒激光的频率，降低飞秒激光的波长，增大单束飞秒激光的能量，提高飞秒激光破坏固体样品和化学键的能力；然后经过扩束器，增大汇聚角，避免飞秒激光成丝效应，扩大飞秒激光光束的直径后对飞秒激光光束进行脉冲分离，通过脉冲分离器实现，将每个飞秒激光脉冲再分离成多个子脉冲，各个子脉冲飞秒激光的间隔时间通过延时控制器调控，最终各个子脉冲串可以作用在同一个样品的粒子簇上，在剥蚀池内产生更小直径的气溶胶粒子，降低样品的基体效应和元素分馏效应，提高后续分析设备对样品分析元素或同位素的精准度。

更进一步地，后续再通过调整半波片和偏振片的夹角，控制飞秒激光通过的能量衰减，能够满足对不同类型的固体样品的剥蚀需求，并通过光束整形器将高斯光束的激光转化为平顶光束的激光，保证飞秒激光光束各部分能量的均匀度，使得受到飞秒激光辐射区域的固体样品吸收光能量的密度相同，最后根据剥蚀需要旋转束斑直径控制器，飞秒激光光束最终形成所需直径的剥蚀激光后，经过二向色镜照射到固体样品表面上，实现对固体样品的剥蚀。

需要说明的是，通过快门或延时控制器能够控制输出所需的飞秒激光脉冲个数。

图5为根据本发明的一个可选实施例的固体样品剥蚀的步骤流程图。

在一种可行的实施方式中，如图5所示，对固体样品的剥蚀包括：

步骤201，基于二向色镜，剥蚀激光射进样品容纳组件的固体样品上；

步骤202，基于照明成像光源，通过半反半透镜对样品容纳组件进行有效照明，保证采集图像的清晰度；

步骤203，基于CCD相机采集图像，控制样品容纳组件的三维平台移动，直至固体样品表面始终处于剥蚀激光的焦平面上，实现剥蚀激光对固体样品的剥蚀。

其中，基于照明成像光源的补光后，通过CCD相机采集飞秒激光和固体样品的图像信息，并将图像信息传输至远程终端上，远程终端可以是台式电脑、笔记本或平板电脑，远程终端内的图像处理软件根据图像信息的清晰度为标准，实时反馈控制信号，并通过第三控制器控制三维平台的三维移动（XYZ三轴方向），使剥蚀池内的固体样品表面始终处于剥蚀激光的焦平面上，实现对固体样品高空间分辨率精准定位进样、全自动选区与路径规划，进而飞秒激光自聚焦于样品表面和微区原位取样。

用于特定剥蚀环境的激光剥蚀池，剥蚀池内可分布一定气体环境（惰性气体），剥蚀池的位置基于监测组件能够进行动态调控，始终保持固体样品表面聚焦于剥蚀激光的焦平面上；同时能够实现对固体样品高空间分辨率精准定位进样、全自动选区与路径规划进样等关键技术。

在本发明中，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器，其特征在于，所述进样器包括：激光发射组件和样品容纳组件，以及第一控制器、第二控制器、第一旋转控制器和第二旋转控制器，所述激光发射组件的发射的激光照射到所述样品容纳组件内的样品表面上，对所述样品进行剥蚀，将所述第一控制器、所述第二控制器、所述第一旋转控制器和所述第二旋转控制器分别与远程终端连接，实现自动控制激光发射组件的激光器工作以及实现对剥蚀的自聚焦；

所述激光发射组件包括依次设置的激光器、快门、倍频器、扩束器、脉冲分离器、能量控制器和光束整形器，所述激光器和所述脉冲分离器位于同一平面上，所述激光器发射出的激光经过所述脉冲分离器后照射到所述样品上，所述快门通过第一控制器控制，所述快门用于控制所述激光器发射所述激光作用于样品上的脉冲个数；

所述快门和所述脉冲分离器之间依次设置倍频器和扩束器，其中所述倍频器靠近所述激光器设置，所述倍频器用于扩大所述激光的频率，并缩小所述激光的波长；所述扩束器用于扩大所述激光的光斑直径；

光束整形器，设置于所述能量控制器远离所述激光器的一侧，所述光束整形器内设有光栅，通过所述光栅的衍射和镜片的聚焦，将高斯光束激光转化为平顶光束激光。

2.根据权利要求1所述的多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器，其特征在于，所述脉冲分离器远离所述激光器的一侧还设有能量控制器，所述能量控制器内设有半波片和偏振片，所述能量控制器还包括第一旋转驱动器，所述第一旋转驱动器用于控制所述半波片和所述偏振片的夹角，通过调整所述夹角的大小，控制通过所述能量控制器激光能量的衰减程度。

3.根据权利要求1所述的多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器，其特征在于，所述进样器还包括：

束斑直径控制器，设置于所述光束整形器远离所述能量控制器的一侧，所述束斑直径控制器包括圆形基板和设置于所述圆形基板上的多个通光孔，多个所述通光孔的圆心与所述圆形基板圆心之间的距离相同，多个所述通光孔的直径均不相同；

第二旋转驱动器，与所述束斑直径控制器连接，所述第二旋转驱动器用于控制所述束斑直径控制器的转动，使所述激光通过所需的所述通光孔。

4.根据权利要求1所述的多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器，其特征在于，所述进样器还包括：

二向色镜，倾斜设置，所述激光发射组件发射的所述激光经过所述二向色镜改变路线后射进所述样品容纳组件内的所述样品表面上。

5.根据权利要求4所述的多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器，其特征在于，所述样品容纳组件包括：

三维平台，所述三维平台上固定设有剥蚀池，所述样品设置于所述剥蚀池内，所述剥蚀池侧面相对的位置上分别设有进气口和出气口，所述进气口与惰性气体连通，所述出气口与分析设备连通；

第三控制器，用于控制所述三维平台的三维移动；

聚焦物镜，与所述剥蚀池平行设置，所述聚焦物镜设置于所述二向色镜和所述剥蚀池之间，所述聚焦物镜用于聚焦所述激光和照明成像光到所述样品表面上。

6.根据权利要求5所述的多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器，其特征在于，所述进样器还包括监测组件，所述监测组件包括：

照明成像光源，设置于所述激光的上方；

CCD相机，位于所述样品容纳组件的上方；

半反半透镜，倾斜设置，所述半反半透镜位于所述CCD相机和所述二向色镜之间；

远程终端，用于接收所述CCD相机采集的图像信息；

其中，所述照明成像光源形成的辐射光经所述半反半透镜反射后，再次透过所述二向色镜和所述聚焦物镜后聚焦于所述样品的表面，从所述样品的表面反射回的所述辐射光沿原光路返回，并经所述半反半透镜后进入所述CCD相机，所述样品的表面形貌成像于所述CCD相机，所述CCD相机采集的所述图像信息传递给所述远程终端。

7.根据权利要求1所述的多脉冲飞秒激光剥蚀固体样品的进样器，其特征在于，所述进样器还包括：

第二控制器，用于控制所述脉冲分离器的分离脉冲个数；

延时控制器，用于控制第一控制器和第二控制器的工作间隔时间。

8.一种剥蚀方法，利用权利要求1至7任一项所述的进样器获取，其特征在于，所述剥蚀方法包括：

基于激光发射组件把一个完整的飞秒激光脉冲分解为若干个时间间隔可控的子脉冲，形成所需的剥蚀激光；

所述剥蚀激光聚焦于固体样品的表面，生成纳米级粒径的气溶胶颗粒，实现对所述固体样品的剥蚀。