微型高分辨率光纤光谱仪在等离子体领域的应用-福建师范大学闽南.PDFVIP

维普资讯 技术与应用 生命科学仪器 2008第6卷／7月刊 微型高分辨率光纤光谱仪在等离子体领域的应用 张志伟 ，侯统熙 (北京爱万提斯科技有限公司 010 摘要 等离子体是继气体、液体、固体后的第四种物质的聚集态。等离子体物理学是一门蓬勃发展的新兴科学， 其应用领域包括受控热核聚变、空间科学、环境科学、微电子与信息产业、材料合成与处理、国防和高技术应用诸方面。 目前，测量等离子体特征谱线最简单的方法就是使用荷兰Avantes公司的微小型、高分辨率 、多通道光纤光谱仪。 1 引言 随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、 液体和气体，它们统称物质的三态。当气体温度进一 步升高时，其中许多，甚至全部分子或原子将由于激 烈的相互碰撞而离解为电子和正离子。这时物质将进 入一种新的状态，即主要 由电子和正离子 (或是带正 电的核)组成的状态。这种状态的物质叫等离子体，它 可以称为物质的第四态。 图1 光学平台 目前 ，直接测量等离子体的仪器分为两大类 ： 一 大类是测量等离子体的密度和温度，方法又分两 种：一种是根据落到传感器上的带电粒子产生的电流 来推算，如法拉第筒、减速势分析器和离子捕集器，另 一 种是探针，通过在探针上加不同电压引起的电源变 化推算；另一大类是测量等离子体的特征谱线 (光谱 法)，使用光纤探测等离子体信号，通过光谱仪进行数 据采集和分析，如荷兰Avantes公司的微小型、高分辨 率、多通道光纤光谱仪。下面主要介绍光谱法测量等 离子体 。 图2 AvaSpec一2048FT快触发型光谱仪 2 实验部分 2．1 仪器原理 可以发出一个TTL电平信号来触发脉冲光源，如脉冲 荷兰Avantes公司的AvaSpec一2048FT快触发型光 激光器或脉冲氙灯，而且在AvaSo~一Full软件中可以 谱仪，采用对称式光路设计，焦距75ram，包括光纤接 设置一42ns到2．7ms的延迟采样时间，步长为42ns；一 头 (标准SMA接 口，也可以选择其它类型的接 口)、准 42ns的负延迟采样时间的特性对测量脉冲激光器非常 直镜、衍射光栅、聚焦镜和SonyILX554型2048像素 有用 。 线阵CCD探测器 ，测量波长范围200—1100nm，最高 AvaSpec一2048FT的这些特点使其适用于需要快速 分辨率0．04nm，接 口方面提供USB1．1或USB2．0接 口、 响应和需要与外触发信号精确同步的应用领域 (它的 RS一232接 口和I／O数字 ／模拟接 口。 时间抖动只有 ±21ns)，例如传送带上的产品检测等。 而输出TTL信号的特性则可使其用于LIBS(激光诱导 2．2功能及特点 击穿光谱 )测量或荧光测量，这两种应用都是在激光 2．2．1外触发功能 器脉冲结束一段时间后才开始测量 。 AvaSpec一2048FT陕触发型光谱仪能够在接受外触 2．2．2历史通道功能 发信号之后延迟1．3微秒开始采样；此外，该光谱仪还 AvaSpeC一2048FT快触发型光谱仪可以同时监测最 56 维普资讯 技术与