[發明專利]納秒時間分辨/微米空間分辨的放電光學觀測裝置及方法

在審

• 申請號: 201811094719.0
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109085476A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 孟國棟;成永紅;應琪;朱博文;董承業;王科鏡;李南;高新宇
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01N27/92
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.納秒時間分辨/微米空間分辨的放電光學觀測裝置，其特征在于，包括納秒脈沖電壓源(2)，納秒脈沖電壓源(2)的輸出端通過限流電阻(17)連接至真空實驗腔體(4)，真空實驗腔體(4)上連接有機械泵(6)，真空實驗腔體(4)中對稱設置有一對納米位移平臺(5)，兩個納米位移平臺(5)上均連接有微米尺度金屬電極(7)，真空實驗腔體(4)上設置有正對兩個微米尺度金屬電極(7)之間間隙的觀察窗(8)，觀察窗(8)正上方設置光學顯微鏡(1)，光學顯微鏡(1)上連接有高速ICCD相機(9)，高速ICCD相機(9)連接至計算機(13)，所述納秒脈沖電壓源(2)和高速ICCD相機(9)均連接至函數信號發生器(10)，還包括示波器(11)，示波器(11)一路通過電壓衰減測量探頭(12)連接到微米尺度金屬電極(7)，另一路連接到電流測量線圈(15)，電流測量線圈(15)套在微米尺度金屬電極(7)的接地端。

2.根據權利要求1所述的納秒時間分辨/微米空間分辨的放電光學觀測裝置，其特征在于，所述微米尺度金屬電極(7)為鎢電極。

3.根據權利要求1所述的納秒時間分辨/微米空間分辨的放電光學觀測裝置，其特征在于，納秒脈沖電壓源(2)相互連接的直流高壓電源(14)和高速高壓開關(16)，且高速高壓開關(16)連接在直流高壓電源(14)和限流電阻(17)之間，函數信號發生器(10)與高速高壓開關(16)相連。

4.根據權利要求3所述的納秒時間分辨/微米空間分辨的放電光學觀測裝置，其特征在于，所述直流高壓電源(14)為HB-Z502-20A型直流高壓電源，高速高壓開關(16)為BEHLKEHTS高速高壓開關。

5.根據權利要求1所述的納秒時間分辨/微米空間分辨的放電光學觀測裝置，其特征在于，所述光學顯微鏡(1)通過適配法蘭(3)與高速ICCD相機(9)相連。

6.根據權利要求1所述的納秒時間分辨/微米空間分辨的放電光學觀測裝置，其特征在于，所述函數信號發生器(10)為Tektronix AFG3102C函數信號發生器。

7.一種采用權利要求1所述的納秒時間分辨/微米空間分辨的放電光學觀測裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：在光學顯微鏡(1)的輔助下，通過調節納米位移平臺(5)使兩側的微米尺度金屬電極(7)位于同一水平位置，并且實現不同間隙距離的控制；

步驟二：利用機械泵(6)調節真空實驗腔體(4)的氣壓，或在真空實驗腔體(4)充入不同類型氣體；

步驟三：設置函數信號發生器(10)兩路觸發信號的時延，其中一路觸發納秒脈沖電壓源(2)輸出設定脈寬的高壓脈沖，在微米尺度金屬電極(7)兩端施加高壓脈沖激勵，產生放電擊穿，微米尺度金屬電極(7)兩端的脈沖擊穿電壓信號通過電壓衰減測量探頭(12)采集到示波器(11)中，得到擊穿過程中的電壓信號；同時另一路觸發高速ICCD相機(9)的快門開啟，捕捉并采集該時刻的放電擊穿光學形貌，并通過連接的計算機(13)進行圖像數據的記錄，從而完成一次微米尺度放電擊穿瞬態過程的電學參數測試和光學觀測實驗。