行星表面物質(zhì)及大氣遠(yuǎn)程原位綜合測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種行星表面物質(zhì)及大氣遠(yuǎn)程原位綜合測試系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括：小型脈沖固體激光器、卡塞格林望遠(yuǎn)系統(tǒng)、一維精密移動(dòng)平臺(tái)、連續(xù)光指示定位激光器、各種光學(xué)器件以及中階梯光譜儀、ICCD、高分辨率相機(jī)以及光電倍增管等等。本發(fā)明裝置系統(tǒng)和方法在同一套系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）、拉曼光譜（Raman）以及激光雷達(dá)等技術(shù)聯(lián)用，該發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，集成度高、體積小、重量輕。可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離表面顯微成像、遠(yuǎn)距離物質(zhì)元素分析、遠(yuǎn)距離物質(zhì)成分分析以及行星邊界層大氣探測。
【專利說明】行星表面物質(zhì)及大氣遠(yuǎn)程原位綜合測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物質(zhì)元素及成分測試技術(shù)，具體涉及一種行星表面物質(zhì)及大氣遠(yuǎn)程原位綜合測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)行星表面微觀形貌、巖石/ 土壤元素組成、礦物物質(zhì)成分以及大氣探測在深空探測中的重要任務(wù)，各國紛紛研制了不同類型的分析儀器，主要有顯微成像儀、熱成像儀、拉曼光譜儀、紅外光譜儀、α粒子X射線質(zhì)譜儀(APXS)、X射線熒光分析儀等。其中大氣探測有如美國“鳳凰號(hào)”中的激光雷達(dá)，激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)作為表征物質(zhì)元素的新方法也已經(jīng)在美國的“好奇號(hào)”上得到應(yīng)用。
[0003]上述探測任務(wù)分別采用不同的系統(tǒng)，分開進(jìn)行，增加了載荷的重量和成本。因此如何把星表面微觀形貌、巖石/ 土壤元素組成、礦物物質(zhì)成分以及大氣探測等多種探測任務(wù)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)新的聯(lián)合探測系統(tǒng)及方法，提供一種緊湊的多功能儀器裝置和方法，對(duì)未來深空探測具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種緊湊的能夠獲取行星表面遠(yuǎn)程顯微圖片及定性和定量分析行星表面物質(zhì)的綜合測試系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]行星表面物質(zhì)及大氣遠(yuǎn)程原位綜合測試系統(tǒng)，包括激光定位系統(tǒng)、遠(yuǎn)程LIBS系統(tǒng)、遠(yuǎn)程Raman系統(tǒng)、激光雷達(dá)系統(tǒng)以及安裝調(diào)節(jié)底座；
[0007]所述激光定位系統(tǒng)包括連續(xù)激光器(3)、全反鏡(5)、卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)、一維平移臺(tái)(13)、分束鏡一(21)、分束鏡二(19)、CXD (20);所述卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)保護(hù)窗口(2)、卡塞格林遮光罩(10)、主鏡(14)、次鏡(12);所述光學(xué)保護(hù)窗口(2)設(shè)置在卡塞格林遮光罩(10)的正前方；所述全反鏡設(shè)置在光學(xué)保護(hù)窗口和次鏡之間，用于將連續(xù)激光器
(3)的出射光反射至卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)正前方；所述次鏡(12)設(shè)置在一維平移臺(tái)(13)上，所述一維平移臺(tái)(13)能夠帶動(dòng)次鏡沿卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)軸線平移；所述分束鏡一設(shè)置在主鏡(14)正后方，所述分束鏡二設(shè)置在分束鏡一的反射光路上，所述CXD設(shè)置在分束鏡二的反射光路上；
[0008]所述遠(yuǎn)程LIBS、遠(yuǎn)程Raman系統(tǒng)、激光雷達(dá)系統(tǒng)包括雙波長脈沖激光器(7)、45°雙色鏡(6)、半透半反鏡(4)、擴(kuò)束器(8)、準(zhǔn)直透鏡(9)、低通濾波片(11)、分束鏡一(21)、分束鏡二( 19)、會(huì)聚透鏡(18)、陷波濾波片(17)、光纖探頭、光譜儀、ICXD ;所述雙色鏡設(shè)置在雙波長脈沖激光器的出射光路上，所述半透半反鏡設(shè)置在雙色鏡透射光路和連續(xù)激光器出射光路的交匯處；所述擴(kuò)束器、準(zhǔn)直透鏡、低通濾波片依次設(shè)置在雙色鏡的反射光路上，且低通濾波片位于雙色鏡反射光路和卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)軸線交匯處；會(huì)聚透鏡、陷波濾波片、光纖探頭依次設(shè)置在分束鏡二的透射光路上，光纖探頭與光譜儀通過光纖連接；所述至少一組激光雷達(dá)探測單元依次設(shè)置在分束鏡一的正后方，激光雷達(dá)探測單元包括窄帶濾波片(22、23、24)、位于窄帶濾波片反射光路上的透鏡(25、26、27)、設(shè)置在透鏡后方的光電倍增管(28、29、30)；
[0009]所述安裝調(diào)節(jié)底座包括底座(33)、360°水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(32)、180°傾斜角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(31)、至少一組探測單元；所述360°水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)32設(shè)置在底座上，所述180°傾斜角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在360°水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，所述激光定位系統(tǒng)、遠(yuǎn)程LIBS系統(tǒng)、遠(yuǎn)程Raman系統(tǒng)、激光雷達(dá)系統(tǒng)均固定在180°傾斜角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。
[0010]基于上述基本方案，本發(fā)明還做如下優(yōu)化限定和改進(jìn):
[0011]上述連續(xù)激光器(3)為650nm連續(xù)激光器；所述雙波長脈沖激光器為1064nm/532nm脈沖激光器；所述光譜儀為帶時(shí)間分辨具有時(shí)間延遲控制的ICCD光譜儀；所述半透半反鏡(4)采用透650nm反532nm反射鏡；所述雙色鏡(6)鍍雙波長分束膜，工作角度為45，對(duì)532nm激光完全透射，對(duì)1064nm激光反射；所述分光鏡(11)鍍寬光譜分束膜，工作角度為45°，對(duì)出射1064nm激光反射，對(duì)收集到的光譜透射；所述分光鏡二(19)鍍寬光譜分束膜，工作角度為45°，對(duì)可見光和收集光譜進(jìn)行分離，使部分可見光以20%左右的采樣量進(jìn)入CCD相機(jī)；所述窄帶濾光片(22、23、24)將部分后向散射回來的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行分光，鍍窄帶光譜分束膜，工作角度為45°。
[0012]上述的光學(xué)保護(hù)窗口(2)為一施密特校正板，內(nèi)側(cè)面為平面,外側(cè)面為非球面。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0014]LIBS和Raman以及激光雷達(dá)系統(tǒng)聯(lián)用系統(tǒng)共用一個(gè)光路系統(tǒng)，LIBS-Raman系統(tǒng)共用激光器、望遠(yuǎn)鏡、光譜儀。其中，LIBS-Raman儀器使用LIBS模式，激光可以去除土壤、巖石表面的塵埃和風(fēng)化層，深入分析土壤/巖石真實(shí)成分，這種方式相對(duì)于單獨(dú)使用Raman具有不可比擬的優(yōu)勢。系統(tǒng)工作于激光雷達(dá)模式可以實(shí)現(xiàn)行星邊界層大氣探測。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，體積小、重量輕、功能多，具有對(duì)目標(biāo)的快速定位，快速采樣和遙感探測功能，這些探測優(yōu)勢綜合起來可以使得登陸車在有限的工作時(shí)間里返回更多、更有效的探測數(shù)據(jù)，極大的提高了探測效率。
[0015]該裝置的自動(dòng)聚焦合理利用空間。由于測試樣品與LIBS系統(tǒng)距離不確定的緣故，此時(shí)測試樣品上的焦斑大小不一定能達(dá)到所需的閾值范圍內(nèi)，因此需要自動(dòng)調(diào)焦以確保激光處于最佳聚焦?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，對(duì)準(zhǔn)激光二極管發(fā)出連續(xù)激光，與主激光共光路聚焦到樣品上。同時(shí)，通過一維平移臺(tái)的步進(jìn)電機(jī)同步調(diào)整次鏡的軸向位置來改變激光的聚焦?fàn)顟B(tài)，對(duì)該波長的反射光進(jìn)行收集、探測，并由系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析返回信號(hào)的信噪比，當(dāng)其信噪比達(dá)到峰值時(shí)即可判定達(dá)到最佳聚焦?fàn)顟B(tài)。由于之前主激光與對(duì)準(zhǔn)二極管的已標(biāo)定至同焦?fàn)顟B(tài)，因此也可以判定LIBS主激光也處于最佳的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。
[0016]雙波長脈沖激光器實(shí)現(xiàn)試用一套收集系統(tǒng)對(duì)LIBS和Raman光譜以及激光雷達(dá)有效收集。由光譜儀發(fā)出脈沖信號(hào)給雙波長脈沖激光器輸出532nm和1064nm激光，通過45°雙色鏡將532nm和1064nm激光分成相互垂直的兩路，532nm激光透射，1064nm激光經(jīng)過多次反射后進(jìn)入卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)，匯聚樣品表面產(chǎn)生等離子體，通過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)收集，之后經(jīng)過相應(yīng)的延遲時(shí)間和ICCD門寬控制，由光譜儀對(duì)LIBS光譜信號(hào)進(jìn)行探測，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)元素分析。透射的532nm激光通過全反鏡直接照到樣品表面產(chǎn)生Raman光譜，反向散射的Raman信號(hào)通過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)收集，之后經(jīng)過相應(yīng)的延遲時(shí)間和CCD門寬控制，由光譜儀對(duì)Raman光譜信號(hào)進(jìn)行探測，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)分析。
[0017]光譜收集系統(tǒng)收集能力。等離子體光的光譜范圍為240?850nm，包括了 Raman光譜范圍，其反射或漫反射發(fā)散角通常很小完全在卡塞格林的收光孔徑范圍之內(nèi)。等離子體光譜進(jìn)入主反射鏡后依次進(jìn)入由分光鏡，陷波濾波片、最后由透鏡匯聚至光譜儀光纖的接收端面上。經(jīng)過狹縫后由帶時(shí)間分辨的ICCD光譜儀進(jìn)行光譜探測。
[0018]樣品成像拍照。LIBS說著Raman工作的同時(shí)，樣品表面可見光的部分將由望遠(yuǎn)鏡成像最終由分光鏡反射部分光進(jìn)入成像CCD，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面遠(yuǎn)程顯微成像。結(jié)合該點(diǎn)的LIBS元素分析和Raman物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，可以重建樣品三維相貌并標(biāo)示出各個(gè)點(diǎn)的元素成分及相應(yīng)的物質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。I一星球表面；2—光學(xué)保護(hù)窗口 ；3—連續(xù)激光器；4一半透半反鏡；5—全反鏡；6—45°雙色鏡；7—雙波長脈沖激光器；8—擴(kuò)束器；9一準(zhǔn)直透鏡；10—卡塞格林遮光罩；11 一低通濾波片；12—卡塞格林次鏡；13—一維平移臺(tái)；14一卡塞格林主鏡；15a — I(XD、15b—中階梯光譜儀；16—光纖探頭；17—陷波濾波片、18—會(huì)聚透鏡、19一分束鏡二、20 — CCD、21—分束鏡一、22、23、24—窄帶濾光片；25、26、27—透鏡；28、29、30 — PMT ;31—180°傾斜角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、32— 360°水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、33—底座。
[0020]圖2為發(fā)明實(shí)施流程圖。
[0021]圖3為發(fā)明LIBS和Raman光譜采集ICXD門控時(shí)序示意圖。
[0022]圖4為發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LIBS分析結(jié)果輸示意圖(距離12米)。
[0023]圖5為發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的Raman分析結(jié)果輸出示意圖(距離12米)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]一種行星表面物質(zhì)及大氣遠(yuǎn)程原位綜合測試系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)包括四部分，激光定位、遠(yuǎn)程LIBS、遠(yuǎn)程Raman以及激光雷達(dá)。具體有:連續(xù)激光器(3)、反射透射鏡(4)、反射鏡(全反)、卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)次鏡(12)和主鏡(14)、一維平移臺(tái)(13)、分束鏡一(21)、分光鏡二(19)、CCD (20);雙波長脈沖激光器(7)、雙色鏡(6)、1064擴(kuò)束系統(tǒng)(8)、準(zhǔn)直透鏡(9)、低通濾波片(11)、會(huì)聚透鏡(18)、陷波濾波片(17)、光纖探頭(16a)、光纖(16b) ICCD (15a)、中階梯光譜儀(15b)、窄帶濾光片一(22)、窄帶濾光片二(23)、窄帶濾光片三(24)、透鏡一
[25],透鏡二(26),透鏡三(27)、PMT —(28)、PMT 二(29)、PMT 三(30)、180° 傾斜角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(31)、360°水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(32)、底座(33)。雙色鏡(6)的作用是將雙波長脈沖激光器進(jìn)行分束，即532nm激光完全透射，而1064nm激光反射；鍍雙波長分束膜，工作角度為45° ;分光鏡(11)的作用是使出射1064nm激光反射而收集到的光譜透射，鍍寬光譜分束膜，工作角度為45° ;分光鏡二(19)作用是將可見光和收集光譜進(jìn)行分離，使部分可見光以20%左右的采樣量進(jìn)入C⑶相機(jī)，鍍寬光譜分束膜，工作角度為45° ;窄帶濾光片(22、23、24)的作用是將部分后向散射回來的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行分光，鍍窄帶光譜分束膜，工作角度為45°。鍍膜情況根據(jù)具體應(yīng)用而定，如分析532nm激光與大氣氣溶膠相互作用的反向瑞利散射或Mie散射信號(hào)，則鍍532nm窄帶膜；如分析CO2氣體Raman散射則鍍C02分子Raman散射波長371.66nm的窄帶膜；分析O2氣體，則鍍O2氣體Raman散射波長375.43nm的窄帶膜；同理(NO2分子Raman散射波長為372.1nm, CO分子Raman散射波長為383.7nm, N2分子Raman散射波長為386.7nm)。所述的光學(xué)保護(hù)窗口(2)為一施密特校正板，一個(gè)面為平面，另一個(gè)面為非球面，用于窗口保護(hù)并矯正球差和彗差。
[0025]調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(32)、(31)將卡塞格林望遠(yuǎn)鏡機(jī)械系統(tǒng)(10)對(duì)準(zhǔn)行星表面待測樣品(如巖石/ 土壤等)，啟動(dòng)連續(xù)激光器(3)，650nm激光通過反射鏡照射到樣品上，樣品通過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)將成像在CCD (20)，啟動(dòng)一維平移架(13)，調(diào)節(jié)卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)次鏡
(12)和主鏡(14)之間的距離，當(dāng)CXD上獲得最清晰光斑像點(diǎn)后關(guān)閉連續(xù)激光器，停止調(diào)節(jié)卡塞格林次鏡系統(tǒng)。開啟CCD (20)，測試樣品像點(diǎn)的光線經(jīng)過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)收集后經(jīng)過分束鏡一(21)，經(jīng)過分束鏡二分成兩束光，一束進(jìn)入CXD (20)，這束光線用來對(duì)測試樣品點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程顯微成像。開啟雙波長脈沖激光器(7)，激光通過雙色鏡(6)兩個(gè)波長的激光被分成相互垂直方向傳輸，1064nm激光反射后通過擴(kuò)束器(8),準(zhǔn)直透鏡(9)和低通濾波片(11)進(jìn)入卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)，通過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)主次鏡匯聚到樣品表面產(chǎn)生等離子體，等離子體經(jīng)過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)收集后經(jīng)過分束鏡一(21 )，經(jīng)過分束鏡二分成兩束光，一束通過會(huì)聚透鏡(18)和光纖探頭進(jìn)入帶時(shí)間分辨的ICCD光譜儀，對(duì)樣品表面被激發(fā)的等離子體光譜進(jìn)行元素分析；532nm激光反射后照射到樣品表面產(chǎn)Raman光譜，Raman光譜經(jīng)過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)收集后經(jīng)過分束鏡一(21),經(jīng)過分束鏡二分成兩束光,一束通過會(huì)聚透鏡(18)和光纖探頭進(jìn)入帶時(shí)間分辨的ICCD光譜儀，對(duì)樣品進(jìn)行Raman光譜分析；調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(32)、(31)將卡塞格林望遠(yuǎn)鏡機(jī)械系統(tǒng)(10)對(duì)準(zhǔn)行星大氣，激光器(7)分束的532nm激光在行星大氣中與大氣中的氣溶膠(塵、粉末、顆粒物)及大氣分子等相互作用，會(huì)產(chǎn)生吸收和散射(Rayleigh瑞利散射、Mie米氏散射、Raman拉曼散射),對(duì)后向散射回來的光學(xué)信號(hào)通過光電倍增管(28)、(29)、(30)進(jìn)行探測，對(duì)探測的信號(hào)進(jìn)行分析處理，可以提供大氣的濕、溫、風(fēng)、壓以及C02、H2O等分子濃度等豐富的大氣的信息。
[0026]本發(fā)明裝置包括LIBS-Raman聯(lián)合光譜探測系統(tǒng)和遠(yuǎn)程顯微成像系統(tǒng)和激光雷達(dá)行星大氣測量系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)。其中LIBS-Raman聯(lián)合光譜探測系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程清除風(fēng)化層，用來探測行星的土壤/巖石的元素成分和含量以及判斷礦物質(zhì)種類和類型；遠(yuǎn)程顯微成像系統(tǒng)用來分析巖石及土壤紋理，對(duì)其顯微照片進(jìn)行分析，可以協(xié)助LIBS-Raman系統(tǒng)研究巖石/ 土壤中的礦物成分。
[0027]通過調(diào)節(jié)卡塞格林主鏡和次鏡之間的距離，使得CCD接收到指示激光通過卡塞隔離系統(tǒng)后的光束為平行光后停止調(diào)節(jié)主次鏡距離，同時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算樣品距離。由光譜儀發(fā)出脈沖信號(hào)給雙波長脈沖激光器輸出532nm和1064nm激光，通過雙色鏡將532nm和1064nm激光分成相互垂直的兩路，532nm激光透射，1064nm激光經(jīng)過2次反射后進(jìn)入卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)，匯聚樣品表面產(chǎn)生等離子體，通過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)收集，之后經(jīng)過相應(yīng)的延遲時(shí)間和門寬由光譜儀分析樣品元素。而透過532nm激光通過兩次反射直接到樣品上，產(chǎn)生Raman光譜，然后又通過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)收集，之后經(jīng)過相應(yīng)的延遲時(shí)間和門寬由光譜儀分析樣品元素。調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將卡塞格林望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)行星大氣，激光器分束的532nm激光在行星大氣中與大氣層中的氣溶膠(塵、粉末、顆粒物)及大氣分子等相互作用，會(huì)產(chǎn)生吸收和散射(Rayleigh瑞利散射、Mie米氏散射、Raman拉曼散射),對(duì)后向散射回來的光學(xué)信號(hào)通過光電倍增管進(jìn)行探測，對(duì)探測的信號(hào)進(jìn)行分析處理，可以提供大氣的濕、溫、風(fēng)、壓以及C02、H2O等分子濃度等豐富的大氣的信息。
[0028]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)著陸器到達(dá)待測目標(biāo)附近時(shí)，著陸器伸出桅桿，桅桿上面具有俯仰可精密調(diào)節(jié)的裝置，本發(fā)明系統(tǒng)安裝在桅桿上。根據(jù)主控制和分析系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將本發(fā)明系統(tǒng)視場對(duì)準(zhǔn)待測目標(biāo)樣品。如圖1所示，控制系統(tǒng)啟動(dòng)650nm連續(xù)激光器(3)，激光指示到待測樣品附近，通過水平(32)和豎直(31)旋轉(zhuǎn)軸調(diào)節(jié)控制將指示激光準(zhǔn)確照射到待測目標(biāo)樣品上。
[0029]啟動(dòng)連續(xù)激光器3，650nm激光通過反射鏡照射到樣品上，樣品通過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)將成像在(XD20，啟動(dòng)一維平移架13，調(diào)節(jié)卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)次鏡12和主鏡14之間的距離，當(dāng)CCD上獲得清晰可見的像點(diǎn)后關(guān)閉連續(xù)激光器，停止調(diào)節(jié)卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)。開啟雙波長脈沖激光器7，激光通過雙色鏡6后，兩個(gè)波長的激光被分成相互垂直方向傳輸，1064nm激光反射后通過擴(kuò)束器8，準(zhǔn)直透鏡9和低通濾波片11進(jìn)入卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)，通過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)主次鏡匯聚到樣品表面產(chǎn)生等離子體，等離子體經(jīng)過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)收集后經(jīng)過分束鏡一 21，經(jīng)過分束鏡二分成兩束光，一束進(jìn)入(XD20成像，另一束通過會(huì)聚透鏡18和光纖探頭進(jìn)入帶時(shí)間分辨的ICCD光譜儀，對(duì)樣品進(jìn)行完整的分析；532nm激光反射后照射到樣品表面產(chǎn)Raman現(xiàn)象，Raman光譜經(jīng)過卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)收集后經(jīng)過分束鏡一 21，經(jīng)過分束鏡二分成兩束光，一束進(jìn)入(XD20成像，另一束通過會(huì)聚透鏡18和光纖探頭進(jìn)入中階梯光譜儀，對(duì)樣品進(jìn)行完整的元素和結(jié)構(gòu)分析。
【權(quán)利要求】
1.行星表面物質(zhì)及大氣遠(yuǎn)程原位綜合測試系統(tǒng)，其特征在于: 包括激光定位系統(tǒng)、遠(yuǎn)程LIBS系統(tǒng)、遠(yuǎn)程Raman系統(tǒng)、激光雷達(dá)系統(tǒng)以及安裝調(diào)節(jié)底座； 所述激光定位系統(tǒng)包括連續(xù)激光器(3)、全反鏡(5)、卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)、一維平移臺(tái)(13)、分束鏡一(21)、分束鏡二(19)、CXD(20);所述卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)保護(hù)窗口(2 )、卡塞格林遮光罩(10 )、主鏡(14 )、次鏡(12);所述光學(xué)保護(hù)窗口( 2 )設(shè)置在卡塞格林遮光罩(10)的正前方；所述全反鏡設(shè)置在光學(xué)保護(hù)窗口和次鏡之間，用于將連續(xù)激光器(3)的出射光反射至卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)正前方；所述次鏡(12)設(shè)置在一維平移臺(tái)(13)上，所述一維平移臺(tái)(13)能夠帶動(dòng)次鏡沿卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)軸線平移；所述分束鏡一設(shè)置在主鏡(14)正后方，所述分束鏡二設(shè)置在分束鏡一的反射光路上，所述CXD設(shè)置在分束鏡二的反射光路上； 所述遠(yuǎn)程LIBS、遠(yuǎn)程Raman系統(tǒng)、激光雷達(dá)系統(tǒng)包括雙波長脈沖激光器(7)、45°雙色鏡(6)、半透半反鏡(4)、擴(kuò)束器(8)、準(zhǔn)直透鏡(9)、低通濾波片(11)、分束鏡一(21)、分束鏡二(19)、會(huì)聚透鏡(18)、陷波濾波片(17)、光纖探頭、光譜儀、ICXD ;所述雙色鏡設(shè)置在雙波長脈沖激光器的出射光路上，所述半透半反鏡設(shè)置在雙色鏡透射光路和連續(xù)激光器出射光路的交匯處；所述擴(kuò)束器、準(zhǔn)直透鏡、低通濾波片依次設(shè)置在雙色鏡的反射光路上，且低通濾波片位于雙色鏡反射光路和卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)軸線交匯處；會(huì)聚透鏡、陷波濾波片、光纖探頭依次設(shè)置在分束鏡二的透射光路上，光纖探頭與光譜儀通過光纖連接；所述至少一組激光雷達(dá)探測單元依次設(shè)置在分束鏡一的正后方，激光雷達(dá)探測單元包括窄帶濾波片(22、23、24)、位于窄帶濾波片反射光路上的透鏡(25、26、27)、設(shè)置在透鏡后方的光電倍增管(28、29、30)； 所述安裝調(diào)節(jié)底座包括底座(33)、360°水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(32)、180°傾斜角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(31)、至少一組探測單元；所述360°水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)32設(shè)置在底座上，所述180°傾斜角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在360°水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，所述激光定位系統(tǒng)、遠(yuǎn)程LIBS系統(tǒng)、遠(yuǎn)程Raman系統(tǒng)、激光雷達(dá)系統(tǒng)均固定在180°傾斜角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星表面物質(zhì)及大氣遠(yuǎn)程原位綜合測試系統(tǒng)，其特征在于:所述連續(xù)激光器(3)為650nm連續(xù)激光器；所述雙波長脈沖激光器為1064nm/532nm脈沖激光器；所述光譜儀為帶時(shí)間分辨具有時(shí)間延遲控制的ICCD光譜儀；所述半透半反鏡(4)采用透650nm反532nm反射鏡；所述雙色鏡(6)鍍雙波長分束膜，工作角度為45，對(duì)532nm激光完全透射，對(duì)1064nm激光反射；所述分光鏡(11)鍍寬光譜分束膜，工作角度為45°，對(duì)出射1064nm激光反射，對(duì)收集到的光譜透射；所述分光鏡二( 19)鍍寬光譜分束膜，工作角度為45°，對(duì)可見光和收集光譜進(jìn)行分離，使部分可見光以20%左右的采樣量進(jìn)入CCD相機(jī)；所述窄帶濾光片(22、23、24)將部分后向散射回來的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行分光，鍍窄帶光譜分束膜，工作角度為45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的行星表面物質(zhì)及大氣遠(yuǎn)程原位綜合測試系統(tǒng)，其特征在于:所述的光學(xué)保護(hù)窗口(2)為一施密特校正板，內(nèi)側(cè)面為平面，外側(cè)面為非球面。
【文檔編號(hào)】G01S17/88GK103743719SQ201310675957
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】朱香平, 張文松, 湯潔, 趙衛(wèi), 段憶翔, 豆西博 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所