微型高分辨率光纖光譜儀在等離子體領(lǐng)域的應(yīng)用
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時(shí)間：2013-03-12
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隨著溫度的升高，一般物質(zhì)依次表現(xiàn)為固體、液體和氣體，它們統(tǒng)稱(chēng)物質(zhì)的三態(tài)。當(dāng)氣體溫度進(jìn)一步升高時(shí)，其中許多，甚至全部分子或原子將由于激烈的相互碰撞而離解為電子和正離子。這時(shí)物質(zhì)將進(jìn)入一種新的狀態(tài)，即主要由電子和正離子（或是帶正電的核）組成的狀態(tài)。這種狀態(tài)的物質(zhì)叫等離子體，它可以稱(chēng)為物質(zhì)的第四態(tài)。
目前，直接測(cè)量等離子體的儀器分為兩大類(lèi)：一大類(lèi)是測(cè)量等離子體的密度和溫度，方法又分兩種：一種是根據(jù)落到傳感器上的帶電粒子產(chǎn)生的電流來(lái)推算，如法拉第筒、減速勢(shì)分析器和離子捕集器，另一種是探針，通過(guò)在探針上加不同電壓引起的電源變化推算；另一大類(lèi)是測(cè)量等離子體的特征譜線（光譜法），使用光纖探測(cè)等離子體信號(hào)，通過(guò)光譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，如荷蘭Avantes 公司的微小型、高分辨率、多通道光纖光譜儀。下面主要介紹光譜法測(cè)量等離子體。
2.實(shí)驗(yàn)部分
2.1 儀器原理
荷蘭Avantes 公司的AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀，采用對(duì)稱(chēng)式光路設(shè)計(jì)，入射焦距和色散焦距都是75mm；包括光纖接頭（標(biāo)準(zhǔn)SMA 接口，也可以選擇其它類(lèi)型的接口）、準(zhǔn)直鏡、衍射光柵、聚焦鏡和Sony ILX554B型2048 像素線陣CCD 探測(cè)器，波長(zhǎng)范圍200-1100nm，最高分辨率0.04nm，接口方面提供USB1.1 或USB2.0接口、RS-232 接口和I/O 數(shù)字/模擬接口。
圖1 光學(xué)平臺(tái)
圖2 AvaSpec-2048FT 快觸發(fā)型光譜儀
2.2.1 外觸發(fā)功能
AvaSpec-2048FT 快觸發(fā)型光譜儀能夠在接受外觸發(fā)信號(hào)之后僅延遲1.3 ,s 就開(kāi)始采樣；該光譜儀還可以發(fā)出一個(gè)TTL 信號(hào)來(lái)觸發(fā)脈沖激光器，而且在AvaSoft 軟件中可以設(shè)置采樣開(kāi)始時(shí)間與該激光脈沖之間的延遲（-42ns 至2.7 ms，步長(zhǎng)42 ns），-42 ns 的負(fù)延遲采樣時(shí)間的特性對(duì)測(cè)量脈沖激光器非常有用。
AvaSpec-2048FT 的這些特點(diǎn)使其適用于需要快速響應(yīng)和需要與外觸發(fā)信號(hào)精確同步的應(yīng)用領(lǐng)域（它的時(shí)間抖動(dòng)只有± 21 ns），例如傳送帶上的產(chǎn)品檢測(cè)等。而輸出TTL 信號(hào)的特性則可使其用于激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）測(cè)量或熒光測(cè)量，這些應(yīng)用都要求激光脈沖發(fā)射一段時(shí)間之后開(kāi)始采樣。
圖3 外觸發(fā)時(shí)序圖
評(píng)論