第2章-光谱诊断-2013

低温等离子体诊断技术PlasmaPhysics2013年3月第二章光谱诊断技术2013年11月17日星期日第三章光谱诊断技术2引言o等离子体发光2013年11月17日星期日第三章光谱诊断技术3引言o等离子体发光2013年11月17日星期日4引言o等离子体参数的光谱诊断n利用等离子体发光-发光光谱诊断；n利用等离子体的光吸收-吸收光谱诊断；n利用外光源的激发-激光诱导荧光诊断；2013年11月17日星期日52.1发射光谱产生机理o利用了等离子体自身的发光特性；光源分光系统检测器元素在光源中被激发并在跃迁回基态时产生光辐射光辐射n发光机理；n测量装置；2013年11月17日星期日62.1发射光谱产生机理o1.电子激发机理示意图2.1发射光谱产生机理o2.谱线的频率、波长n连续谱；2013年11月17日星期日72013年11月17日星期日82.1发射光谱产生机理o2.谱线的频率、波长o氪原子能级图n原子由激发态回到基态（或跃迁到较低能级）时，若此以光的形式放出能量，就得到了发射光谱；n激发辐射跃迁关系；10eV11eV12eV13eV5s5s4s4p266s7s5p5d5s5p5p6d4d4d4d760.15nm758.74nm811.29nm819.01nm760.15nm758.74nm811.29nm1373.89nm1537.20nm1363.42nm748.69nm645.63nm810.4nm1800.22nm1678.51nm1816.73nmlnchhEEE==-=Δ122.1发射光谱产生机理o2.谱线的频率、波长n线状光谱-原子特征光谱2013年11月17日星期日92.1发射光谱产生机理o3.谱线的强度n设为某一元素的原子密度，为对线宽积分的光发射强度.n示踪气体法计算密度2013年11月17日星期日10anlIaanIlla=()eDankllbla=TaTnnCII=′ll2.1发射光谱产生机理o3.电子温度n局域热平衡（符合波尔兹曼分布）的稀薄等离子体n选择两条谱线做比值2013年11月17日星期日11⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛-=ejjijjijiTEgACIexplEnergyLevel(eV)⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛--=ekjjikklkljjikljiTEEgAgAIIexpll2013年11月17日星期日122.2发射光谱测量装置-光谱仪o分光系统+检测器光源分光系统检测器元素在光源中被激发并在跃迁回基态时产生光辐射光辐射2013年11月17日星期日132.2发射光谱测量装置-光谱仪o光谱仪n光学窗口；n分光计：p棱镜p光栅；n光探测器；p光电倍增管；p光二极管；p电荷耦合器件(CCD)；2.2发射光谱测量装置-光谱仪o分光计n棱镜n原理：玻璃的折射率与波长有关n等离子体光谱分光中，由于分辨率不够已不再使用；2.2发射光谱测量装置o分光计n光栅2.2发射光谱测量装置o光探测器n光电倍增管2.2发射光谱测量装置o光探测器n光二极管2.2发射光谱测量装置o光探测器n电荷耦合器件（Charge-CoupledDevices，简称CCD）nCCD是一种新型固体成像器件，它是在大规模硅集成电路工艺基础上研制而成的模拟集成电路芯片，借助必要的光学和电路系统，它可以将景物图象通过输入面空域上逐点的光电信号转换、储存和传输，在其输出端产生一视频信号，并经末端显示器同步显示出人眼可见的图象。2.2发射光谱测量装置oCCD工作原理：nCCD由许多光敏像元组成，每一个像元就是一个MOS电容器或光敏二极管。n当一束光子照射于MOS电容器(或光敏二极管)上时，衬底中处于价带的电子将吸收光子的能量而跃迁进入导带，产生电子-孔穴对。hvEg价带导带P金属层SiO2衬底hv导带-价带间能量差Eg称为半导体的禁带宽度。2.2发射光谱测量装置o光纤光谱仪2.2发射光谱测量装置oAvaSpec-2048光纤光谱仪2.3光谱诊断实验o实验台2.3光谱诊断实验o1）实验目的n（1）认识等离子体的发光现象；n（2）认识光谱测量系统的组成，学会利用光谱仪进行等离子体发光光谱测量；n（3）学会电子温度的光谱测量；2.3光谱诊断实验o2）测量原理2.3光谱诊断实验o3）实验仪器n(1)低温等离子体教学演示平台；n(2)过真空光纤接头、准直镜；n(3)光纤光谱仪，计算机；2.3光谱诊断实验o4实验步骤n(1)启动低温等离子体教学演示平台系统。启动机械泵，打开针阀，等待真空罐内的压力低于30Pa；n(2)顺时针旋拧供气调节阀，供入氩气，使罐内的压力达到50Pa；n(3)打开放电电源，调节电压使罐内的阴极和阳极之间形成辉光放电，产生等离子体；n(4)按原理图接入光纤，并利用计算机进行数据显示与记录；n(5)完成后拆除探针测量回路，依次关闭放电电源、供气调节阀、针阀和机械泵，试验结束。2.3光谱诊断实验o5参数计算()⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛-=jikkljikljjikljkegAIgAIEETllln谢谢大家！