【摘要】：激光誘導(dǎo)熒光(LIF)診斷技術(shù)作為非侵入式、高選擇、高靈敏的主動(dòng)光譜診斷手段,在各類等離子裝置中已得到較為廣泛的應(yīng)用。與燈絲源、射頻源不同,線性磁化等離子體裝置(LMP)現(xiàn)采用氧化物陰極等離子體源,有較強(qiáng)的電子發(fā)射能力,可在弱磁場(chǎng)下產(chǎn)生較高密度的等離子體,具有較高的電離率,且均勻穩(wěn)定、參數(shù)調(diào)控范圍較大,是進(jìn)行磁場(chǎng)重聯(lián)及其它等離子體物理相關(guān)研究的理想實(shí)驗(yàn)載體。在LMP裝置上搭建LIF診斷系統(tǒng)可對(duì)等離子體密度、離子溫度等參量進(jìn)行測(cè)量,配合基礎(chǔ)的探針診斷可開(kāi)展氧化物陰極放電模式下的相關(guān)物理研究。本文創(chuàng)造性地利用一套脈沖染料激光系統(tǒng),通過(guò)自制FPI實(shí)現(xiàn)對(duì)染料激光器輸出線寬的壓縮及波長(zhǎng)的掃描,同時(shí)滿足LIF診斷窄帶激光泵浦與PLIF成像寬帶激光泵浦的需求,在LMP裝置上搭建了 LIF診斷與PLIF成像系統(tǒng)。而脈沖激光功率強(qiáng),時(shí)間分辨能力上佳,熒光強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng),無(wú)需配置弱信號(hào)檢測(cè)工具,可將熒光信號(hào)放大后直接采集,為實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了極大的便利。首先,作者通過(guò)充分的調(diào)研工作,分析了國(guó)內(nèi)外LIF診斷研究成果,詳細(xì)討論了 LIF診斷中多種展寬機(jī)制對(duì)吸收譜線的影響。此后,建立了碘吸收譜測(cè)量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了 LIF診斷過(guò)程中的泵浦激光波長(zhǎng)的實(shí)時(shí)在線標(biāo)定,并在LMP裝置上完成了 LIF診斷的軟硬件建設(shè)。其次,在氧化物陰極產(chǎn)生的Ar等離子體中,進(jìn)行了多維的LIF診斷,測(cè)量離子速度分布函數(shù),得到離子溫度0.2eV,與理論估計(jì)和同類裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。同時(shí),根據(jù)觀測(cè)到的離子宏觀流速及極向旋轉(zhuǎn)速度對(duì)離子速度分布函數(shù)造成的漂移,實(shí)現(xiàn)了對(duì)離子宏觀流速的測(cè)量及極向旋轉(zhuǎn)速度的估計(jì)。最后,通過(guò)研究本底熒光強(qiáng)度與中性氣壓、放電電壓、軸向磁場(chǎng)等外部調(diào)控參數(shù)的依賴關(guān)系,分析出在放電持續(xù)過(guò)程的不同階段,亞穩(wěn)態(tài)離子的來(lái)源不同,與之前文獻(xiàn)結(jié)論不同。氧化物陰極放電過(guò)程的認(rèn)知被加深,有利于對(duì)LIF診斷中熒光強(qiáng)度的優(yōu)化調(diào)節(jié),同時(shí)為PLIF診斷做好了完善的準(zhǔn)備。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;O53
【圖文】：

邐第一章激光誘導(dǎo)熒光診斷技術(shù)簡(jiǎn)介邐逡逑１９７５年，Ｒ．Ｓｔｅｍ和ＪＪｏｈｎｓｏｎ在Ｂｅｌｌ實(shí)驗(yàn)室使用了氬離子激光器來(lái)測(cè)量氣體逡逑放電管中氬等離子體的離子速度分布函數(shù)和局域密度等且“Ｌａｓｅｒ－ｉｎｄｕｃｅｄ逡逑ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ”邋一詞是在該文中首次出現(xiàn)。但由于激光器的線寬大于Ａｒ離子的多逡逑普勒展寬，對(duì)離子溫度的診斷，還必須要用精密的光譜儀來(lái)測(cè)量熒光的光譜展寬。逡逑熒光強(qiáng)度和空間分辨率之間必然存在的平衡問(wèn)題并未得到解決。逡逑激光誘導(dǎo)熒光診斷逐漸成熟，同時(shí)出現(xiàn)了高能量、單縱模輸出的可調(diào)諧染料逡逑激光器，可被用于測(cè)量離子流速、離子溫度、磁場(chǎng)及等離子體密度的參數(shù)［４１。而逡逑根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌�，診斷方式也存在一定差異，相繼發(fā)展出了測(cè)量離子速度分逡逑布函數(shù)的診斷方法一一激光誘導(dǎo)熒光散射（ＬＩＦ），以及測(cè)量離子密度分布的平面逡逑激光誘導(dǎo)熒光散射（ＰＬＩＦ）及雙光子吸收激光誘導(dǎo)熒光（ＴＡＬＩＦ）邋［５］。逡逑ｐ邋ｐ邋Ｆ邋Ｑ邋ｐ邋ＤＰ邋Ｐ邋Ｆ逡逑

１９９８年在ＵＣ．Ｉｒｖｉｎｅ的Ｉｒｖｉｎｅ邋Ｔｏｒｕｓ裝置的Ａｒ等離子體中，Ｍｃｗｉｌｌｉａｍｓ小組未逡逑選擇更常用的Ａｒ離子的６１１ｎｍ譜線，采用６６８ｎｍ譜線，第一次應(yīng)用半導(dǎo)體激光逡逑器來(lái)作為泵浦激光源，進(jìn)行ＬＩＦ診斷實(shí)驗(yàn)［７］，如圖１．１。此外，他們還具有類似逡逑于層析成像技術(shù)的診斷，通過(guò)旋轉(zhuǎn)入射激光束的方向，得到不同入射方向上速度逡逑空間分布函數(shù)的投影分量，然后重建多維速度空間分布函數(shù)［Ｍ］，并完成了發(fā)散磁逡逑場(chǎng)中的離子錐形成和離子橫場(chǎng)加速的相關(guān)測(cè)量Ｕ（Ｈ１１。逡逑而在１９８２年，平面激光誘導(dǎo)熒光成像技術(shù)在３個(gè)不同的小組開(kāi)展了應(yīng)用，逡逑分別是ＳＲＩ國(guó)際分子實(shí)驗(yàn)室的Ｍａｒｋ邋Ｊ．邋Ｄｙｅｒ等人：』，Ｌｕｎｄ邋Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ邋ｏｆ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ逡逑的邋Ｍ．邋Ａｌｄ６ｎ，Ｈ．邋Ｅｄｎｅｒ邋等人一和邋Ｓｔａｎｆｏｒｄ邋大學(xué)的邋Ｒｏｎａｌｄ邋Ｋ．邋Ｈａｎｓｏｎ邋等人邋ｌｌ：，主要逡逑的研宄對(duì)象是火焰等離子體。此后，他們還^u展了蒸發(fā)氣體成像，燃燒燃料成像，逡逑氣體溫度成像，速度成像，混合的速度／氣壓成像等研究。在１９８６年，ＲｏｎａｌｄＫ．逡逑Ｈａｎｓｏｎ等人徹底完成了邋ＰＬＩＦ成像技術(shù)［１：＼構(gòu)成了現(xiàn)在最常用的ＰＬＩＦ實(shí)驗(yàn)方法

在等離子體物理研宄方面，可測(cè)量原子／分子濃度、能級(jí)布居數(shù)、粒子速度分布逡逑函數(shù)等參數(shù)及其演化過(guò)程，對(duì)等離子體物理過(guò)程的研究起著重要的作用。逡逑如圖１．３，用三能級(jí)系統(tǒng)作為例子，激光誘導(dǎo)熒光診斷的原理可簡(jiǎn)單理解為：逡逑以光子能量與特定能級(jí)躍遷能量相同的單頻激光入射，被探測(cè)的局域體積元內(nèi)的逡逑亞穩(wěn)態(tài)離子受激光泵浦至激發(fā)態(tài)。而激發(fā)態(tài)壽命極短（通常為幾納秒），立刻退逡逑激發(fā)到基態(tài)，同時(shí)釋放熒光輻射。由于離子并非絕對(duì)靜止的，激光誘導(dǎo)激發(fā)熒光逡逑的過(guò)程有多普勒效應(yīng)的存在。在沿激光傳播方向上，激光頻率有較高的速度選擇逡逑性。單頻激光（叫ａｓｅ￣邐入射，在激光束方向上僅當(dāng)離子速度與激光逡逑頻率滿足叫ａｓｅｒ＿邋－邋＆ａｓｅ＾邐條件時(shí)，離子方可該躍遷能級(jí)被泵浦到對(duì)應(yīng)激逡逑發(fā)態(tài)，其中0＞0代表能級(jí)躍遷能量對(duì)應(yīng)的光子頻率。入射的激光進(jìn)行頻率調(diào)諧掃描，逡逑可以等效的認(rèn)為在離子的速度空間中對(duì)激光入射方向上的離子速度分量進(jìn)行掃逡逑描、而測(cè)量掃描過(guò)程中的對(duì)應(yīng)熒光強(qiáng)度的變化

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳光華;李澤仁;劉俊;劉壽先;彭其先;袁樹(shù)云;陽(yáng)慶國(guó);;具有速度譜分辨能力的角色散FP干涉測(cè)量技術(shù)[J];高壓物理學(xué)報(bào);2012年04期

2 嚴(yán)光耀;林遠(yuǎn)齊;秦莉娟;程兆璋;潘佐棣;;氮激光泵浦染料激光器輸出線寬的測(cè)量[J];上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1980年01期

本文編號(hào)：2793286