Оптические методы диагностики плазмы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
азывает опыт, весьма полезным в этом отношении оказывается соотнесение зарегистрированных спектров с индивидуальными спектрами или их фрагментами по внешнему виду. Это отражает врожденные человеческие способности к корреляции и распознаванию образов. Несмотря на то, что относительные интенсивности линий достаточно сильно зависят от условий в плазме группировки совокупностей линий и полос, тенденции поведения интенсивностей часто настолько характерны, что во многих случаях позволяют уверенное узнавание даже в окружении большого числа других линий. Выделение таких
индивидуальных обзорных спектров позволяет также уточнить калибровку шкалы длин волн и сужает проблему идентификации остальных фрагментов полного спектра, особенно при высоком спектральном разрешении.
.1.2 Абсолютные измерения
Говоря об абсолютных измерениях интенсивности, мы имеем в виду измерение мощности излучаемого объектом света. Если мы говорим о плазме, то простейший случай для таких измерений, когда выполняются слудующиеусловия:
спектральный прибор выделяет целиком изолированную спектральную линию перехода u-l, вероятность соответствующего ей перехода известна;
плазма оптически тонкая;
по условиям освещения входной апертуры спектрального прибора исследуемая плазма (или ее часть) может считаться точечным источником, т. е. все ее элементы дают одинаковый вклад в регистрируемый сигнал.
Тогда количество частиц Nu на уровне и определяется по формуле (2.57), если световой сигнал измеряется в абсолютных энергетических единицах, для чего следует откалибровать всю систему, включая осветительную оптику, собственно спектральный прибор, детектор и регистрирующую схему для длины волны перехода. Это обычно делается сравнением величин сигналов от плазменного и эталонного источников. При измерениях следует контролировать, чтобы регистрируемый свет от эталонного и исследуемого излучался в одном и том же направлении и в одинаковый телесный угол, что обеспечивается, например, схемой, показанной на рис.1.1
Рис.1.1 Схема абсолютного измерения интенсивностей
Здесь Е - эталонный источник, Р - плазменный объект. E и P расположены симметрично относительно оси системы(L1 и L2) освещения входной апертуры Sin спектрального прибора. С помощью поворотного зеркала М линза L1 может быть равномерно освещена каждым из источников.
Линза L2 перехватывает весь идущий от линзы L1 свет и дает действительное изображение плоскости, в которой расположена линза L1 в плоскости расположения Sin.
.2 Методы поглощения с использованием классических излучателей
Измерение поглощения света, прошедшего через однородный объект, дает, при известной вероятности перехода, абсолютную величину разности заселенностей уровней, связанных переходом u-l. Это привлекательное обстоятельство не cвязано с ограничениями по условиям равновесия в плазме и лежит в основе многочисленных версий метода поглощения.
1.2.1 Поглощение на фоне сплошного спектра
В этом случае просвечивающий плазму Р источник Е (рис. 1.2, а) имеет
сплошной спектр. Спектральный прибор с входной щелью Sin выделяет из сплошного спектра интервал частот , которому принадлежит линия поглощения плазмы. В пределах интенсивность сплошного спектра меняется мало и и выделяется только одна линия, т.е. >, где - расстояние а спектре до ближай шей соседней линии поглощения.
Рис 1.2 Измерения поглощения а - при использовании точечного источника сплошного спектра; б - в варианте двух трубок
С другой стороны, чтобы измерялось интегральное поглощение должно выполняться условие >, где - полуширина поглощающей линии. Как правило, путем подбора подходящего участка спектра эти условия могут быть удовлетворены даже при использовании спектрального прибора с умеренной дисперсией.
Поскольку плазма испускает свет на том же переходе, на котором производится измерение поглощения, детектор Det освещается одновременно плазмой Р и источником Е. Чтобы не фиксировать свет от плазмы, может быть использован, например, прием, когда между плазмой и просвечивающим источником помещается прерыватель М (рис. 1.2, а) и применяется синхронное детектирование в системе регистрации. При этом, правда, необходимо убедиться, что в реально имеющем место диапазоне
суммарных интенсивностей характеристики детектора и регистрирующей системы линейны, поскольку наличие постоянной подсветки смещает рабочую точку системы.
1.2.2 Линейное поглощение
В этом методе величина задается не спектральным прибором, а просвечивающим источником с линейчатым спектром, совпадающим, хотя бы частично, со спектром поглощения плазмы. Роль спектрального прибора ограничивается выделением отдельных компонент линейчатого спектра источника. Технически и методически такой подход может быть реализован несколькими способами, например, следующими.
Просвечивающим источником служит плазма, по физическим условиям идентичная исследуемой плазме. Если это газоразрядные трубки, говорят о методе двух трубок (рис. 1.2, б).
Дополнительного просвечивающего источника нет. Его роль играет сама плазма. Если плазма однородна, то распределенным источником являются части, более удаленные от детектора. Происходит самопоглощение света. Чтобы использовать количественные связи интенсивности при конечной оптической плотности с коэффициентом поглощения, следует провести измерения при различных протяжен?/p>