[發明專利]一種放電等離子體光譜的時空分布測量裝置

無效

• 申請號: 201210537573.9
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103048676A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 唐建;徐勇躍;左都羅;王新兵;陸培祥;楊晨光;李斌;涂嬪
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01T1/29
• 分類號: G01T1/29
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種放電等離子體光譜的時空分布測量裝置，通過該裝置得到等離子體中電子密度和電子溫度在空間中的分布。

背景技術

等離子體是一種包含大量正負帶電粒子而又在宏觀上是電中性的高電離態的物質，在空氣、氧氣、氮氣、氦氣等氣體中的輝光放電均可產生等離子體，放電激勵的氣體激光器也包含等離子體過程。要想了解放電等離子體的特性和放電機理，就必須知道等離子體中的電子溫度和電子密度等重要參數的分布和演化過程。所以，設計一種測量放電等離子體時空分辨裝置具有極大的現實意義。

對等離子體的診斷是研究放電等離子體的重要途徑，現在主要有探針法、干涉法和光譜法等診斷方法。

探針法是一種利用一些探針深入到等離子體內部去診斷，是一種最傳統的測量方法。這些探針包含各種形式，如靜電探針、微波探針、粒子探針等，根據探針感受到的等離子體內部電場和磁場從而導出等離子體內部的各種參量的分布和變化。但是探針法由于是插入到等離子體內部或等離子體附近，會干擾被測等離子體的固有的性質，影響放電特性，從而放大了放電等離子體診斷的誤差。

干涉法是一種測量等離子體中電子密度的常用方法，它主要是利用等離子體中折射率的變化引起的干涉條紋的移動來計算得到等離子體中的電子密度。其中，馬赫增德爾干涉法就是利用一束激光穿過放電等離子體區域，另一束激光作為參考光，然后兩束光路相干形成干涉條紋。利用干涉條紋的移動就能確定放電等離子體的折射率，進而推斷得到放電等離子體中的電子密度。

光譜法是一種利用放電等離子體本身發射出來的光譜輻射來測量得到等離子體的相關參數。在放電等離子體中，粒子之間的碰撞躍遷是非常頻繁的，粒子在激發態之間的躍遷能向外輻射出連續光譜和非連續的線狀光譜，這些發射光譜的特性能夠直接反映出等離子體相關內部的狀態。由于光譜法是一種間接的測量方法，對放電等離子體本身不會造成影響，并且光譜法裝置簡單，能夠進行實時的測量，因此，光譜法已經成為當今放電等離子體診斷的一種最重要和應用最廣泛的方法。

但是在以往的測量手段中，很少涉及到放電等離子體的空間分布的測量。因此非常有必要研制出一套測量時空分辨放電等離子體參數的裝置，用來研究放電等離子體的特性和放電機理。

發明內容

本發明的目的在于提供一種放電等離子體光譜的時空分布測量裝置,能夠準確的測量得到時間演化和空間分布的等離子體光譜。

一種放電等離子體光譜的時空分布測量裝置，包括望遠成像系統、光譜儀和增強型電荷耦合成像器件，望遠成像系統由第一和第二雙膠合消色散鏡組成；在第一雙膠合消色散鏡的焦平面處的放電等離子體通過望遠成像系統成像在第二雙膠合消色散鏡的焦平面處，第二雙膠合消色散鏡的焦平面處的像點又作為物點通過光譜儀分光后再次成像到增強型電荷耦合成像器件。

進一步地，所述光譜儀的狹縫寬度為10～20μm。

進一步地，還包括反射鏡組，所述放電等離子體不同直徑方向的分布通過調節反射鏡組的角度使其入射望遠成像系統。

本發明的技術效果體現在：

現在主要的光譜儀系統都是采用的光纖引入，本發明則通過改變光譜儀的接收光系統，去除光纖采集系統，直接利用光譜儀的狹縫接收，而從光譜儀的狹縫到電荷耦合成像器件（ICCD）陣面本身就是一套成像系統，這樣，通過外部成像系統所成的像再一次通過光譜儀的成像系統成像于ICCD陣面上，如此，就形成了一套空間分辨的成像光譜系統；另外通過ICCD控制器的延時控制，可以得到在不同延時下的放電等離子體的光譜，從而形成了一套同時達到空間和時間分辨的成像光譜系統。本發明能夠準確的測量得到時間演化和空間分布的等離子體光譜，后續再通過數據處理得到放電等離子體中的電子溫度和電子密度的變化，最終達到對放電等離子體的全面診斷。

附圖說明

圖1為本發明測量裝置結構示意圖；

圖2為測量放電等離子體電子溫度和電子密度參數的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步地詳細說明。

利用成像光譜儀和延時控制的ICCD系統能夠實時監控放電等離子體在每一個時間點和不同空間位置的性質，從而了解放電等離子體的特性和放電機理。