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EAST等离子体电子密度测量与处理算法设计

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核电子学与探测技术 2009年第3期29卷 615-619页

作者：舒双宝罗家融张海花王华忠徐从东中国科学院等离子体物理研究所合肥230031 东华大学理学院上海201620

介绍EAST托卡马克中HCN激光干涉仪测量等离子电子密度基本原理,给出了等离子体电子密度HCN信号处理算法,该算法能准确地去零漂并有效的进行信号翻转处理,并利用小波分析的方法对信号进行去噪处理,获得了高精度低噪音的HCN信号。该算法... 详细信息

介绍EAST托卡马克中HCN激光干涉仪测量等离子电子密度基本原理,给出了等离子体电子密度HCN信号处理算法,该算法能准确地去零漂并有效的进行信号翻转处理,并利用小波分析的方法对信号进行去噪处理,获得了高精度低噪音的HCN信号。该算法同样可用于HT7托卡马克五道HCN信号处理中,利用好的HCN信号可以更加准确地反演等离子体密度空间分布,这种密度处理算法是行之有效的。

关键词： EAST 等离子体电子密度 HCN信号滤波处理小波去噪

基于平面反射镜约束的激光诱导击穿光谱技术研究

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光电子．激光 2022年第1期33卷 75-82页

作者：李红莲吕贺帅孟岩李文铎谢红杰河北大学质量技术监督学院河北保定071000 计量仪器与系统国家地方联合工程研究中心河北保定071000

为改善激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)的光谱特性,搭建了平面反射镜约束下的LIBS检测系统,将平面反射镜放置于样品两侧,分别选取平面反射镜间距7 mm,9 mm,11 mm,13 mm开展实验,得到等离子体辐射强度... 详细信息

为改善激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)的光谱特性,搭建了平面反射镜约束下的LIBS检测系统,将平面反射镜放置于样品两侧,分别选取平面反射镜间距7 mm,9 mm,11 mm,13 mm开展实验,得到等离子体辐射强度随平面反射镜间距增加而减小。研究了不同平面反射镜间距对土壤样品中Fe,Al,Pb 3种元素等离子体特性的影响,实验结果显示:相比于无平面反射镜约束,在平面反射镜间距为7 mm时,样品中Fe I,Al I,Pb I等3种元素的信噪比分别提高了29.9%,39.4%,31.0%;计算得到等离子体温度提高了484.54 K,等离子体电子密度提高了2.41×10^(15)cm^(-3)。对有无平面反射镜约束下的Pb元素进行定量分析,得到检测限从86.9 mg/kg降低到51.2 mg/kg,相对标准偏差从7.8%降低到4.6%。可见,利用平面反射镜是改善激光光谱特性的一种简单有效的方法。

关键词：激光诱导击穿光谱技术平面反射镜约束等离子体温度等离子体电子密度定量分析

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HFRC装置干涉仪系统的建立

HFRC装置干涉仪系统的建立

作者：杨诚宇华中科技大学

学位级别：硕士

在聚变等离子体实验研究中,电子密度是需要关注的重要参数之一,测量等离子体电子密度主要基于电磁波在等离子体中的传播特性和技术。激光干涉作为一种常规的等离子体密度测量手段,在聚变研究装置上得到了广泛应用。华中科技大学场反位... 详细信息

在聚变等离子体实验研究中,电子密度是需要关注的重要参数之一,测量等离子体电子密度主要基于电磁波在等离子体中的传播特性和技术。激光干涉作为一种常规的等离子体密度测量手段,在聚变研究装置上得到了广泛应用。华中科技大学场反位形研究装置(Huazhong University of Science and Technology Field Reversed Configuration,HFRC)等离子密度很高,形成区弦积分电子密度预期达到10 m量级。在高密度条件下,常用的远红外干涉仪(HCN干涉仪等)面临的条纹跳变和折射效应问题会比较突出,而更短波长的干涉仪又容易受到装置运行过程中的机械振动影响,导致测量误差增大。另外,针对HFRC装置等离子体快速变化的研究也对干涉仪的时间分辨率和相位分辨率提出了更高的要求。基于HFRC装置的实际需求,本文探究了实现基于声光调制器和Ag Ga Se倍频晶体的色散干涉仪的可能性,并研制了国内首套基于CO激光和He Ne激光的双色干涉仪测量系统。该系统使用了短波长的10.6μm CO激光以减小测量过程中的条纹翻转误差,同时利用633 nm He Ne激光实现机械振动补偿。系统用声光调制器产生40 MHz的外差调制频率,将时间分辨率提高到25 ns,能够实现高密度、高分辨率的等离子体密度测量。论文主要工作为HFRC装置双色干涉仪系统的搭建。从HFRC装置高密度以及快速变化的等离子体对于诊断系统的特殊要求出发,筛选出两种预选方案:色散干涉仪和双色干涉仪。色散干涉仪利用非线性晶体的倍频效应实现振动补偿,而双色干涉仪利用两种不同波长的激光实现振动补偿。根据实际测试结果确定双色干涉仪为HFRC装置的干涉诊断方案。在双色干涉仪系统的建立中,主要介绍了双色干涉仪的原理、系统设计、系统测试以及在放电过程中的实验研究。HFRC上的等离子体持续时间很短,初期预期等离子体持续时间为50μs,且等离子体变化很快。采用40 MHz声光调制器可以使得系统时间分辨率提高到25 ns,能够完全满足HFRC装置上等离子体测量要求。实验结果表明,该系统能够实现HFRC装置等离子体线积分密度的精确测量,测量误差小于1×10 m,相位误差在1.71°以内。本文的主要创新点主要有两点。第一、搭建了HFRC装置上等离子体电子密度双色干涉测量系统,首次呈现了HFRC装置形成区电子密度(实测线积分密度高达10 m)。该系统选用波长为10.6μm的CO激光作为光源,能够克服传统长波长远红外干涉仪条纹翻转误差大的缺点,且CO激光功率大,容易发展多道测量系统。采用声光调制器实现25 ns的时间分辨率,保证系统中频稳定、时间分辨率高,便于研究HFRC瞬变等离子体特性。第二、相比国外的C-2、MAST-U等实验装置采用声光调制器的射频驱动信号作为参考信号,使用激光干涉参考道使得机械振动对双色干涉仪系统的影响进一步降低。

关键词：等离子体电子密度 HFRC 振动补偿双色干涉仪色散干涉仪

基于斯塔克理论的水中电弧放电电子密度光谱诊断

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同方学位论文库

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电机与控制学报 2015年第3期19卷 96-99页

作者：兰生章婧福州大学电气工程与自动化学院福建福州350108

针对水中火花放电引起的等离子体电子密度的检测问题,根据光栅光谱仪检测到的光谱谱线,结合等离子体发射光谱的斯塔克谱线展宽理论,以及放电区域处于局部的热力学平衡状态,根据等离子体谱线特征,提出了诊断水中放电等离子体的电子密度方... 详细信息

针对水中火花放电引起的等离子体电子密度的检测问题,根据光栅光谱仪检测到的光谱谱线,结合等离子体发射光谱的斯塔克谱线展宽理论,以及放电区域处于局部的热力学平衡状态,根据等离子体谱线特征,提出了诊断水中放电等离子体的电子密度方法,依靠所测到的光谱谱线计算出水中火花放电的电子密度,计算结果表明:当电极间距为3 mm,放电电压为1 000 V时,水中电弧放电电子密度为1.619 9×1021m-3。提出的方法可以作为一种水中放电等离子体诊断电子粒子密度的方法。

关键词：水中电弧放电等离子体诊断等离子体电子密度光谱诊断

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等离子体光子晶体微波调控研究

等离子体光子晶体微波调控研究

第十七届全国电波传播年会

作者：李健飞王海露姚静锋袁承勋周忠祥哈尔滨工业大学军事科学院国防工程研究院

为了实现对电磁波的调控,解决传统全介质光子晶体在晶格结构、常数及材料参数确定的条件下,能带结构无法调节的问题.利用等离子体和钇铁石榴石铁氧体构造具有二维正方晶格的等离子体光子晶体,通过有限元方法求解等离子体光子晶体的能带... 详细信息

为了实现对电磁波的调控,解决传统全介质光子晶体在晶格结构、常数及材料参数确定的条件下,能带结构无法调节的问题.利用等离子体和钇铁石榴石铁氧体构造具有二维正方晶格的等离子体光子晶体,通过有限元方法求解等离子体光子晶体的能带结构及透射率.等离子体电子密度和外加磁场作为外部条件,可以调节等离子体光子晶体的能带结构及电磁波的传播.通过等离子电子密度的调节,可以实现简约布里渊区M点类狄拉克锥的闭合和再打开,得到的类狄拉克锥具有赝扩散传输效应.施加外磁场的情况下,可以使得类狄拉克锥发生破缺,获得具有慢光效应的平坦能带及宽带隙.本文设计的二维等离子体光子晶体具有动态调节电磁波传播的特性,为可调微波器件提供了新颖的设计思路.

关键词：等离子体光子晶体能带结构类狄拉克锥等离子体电子密度磁场调控

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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等离子体在飞行器隐身中的应用

飞航导弹 2008年第4期 46-48页

作者：黄勇陈宗胜徐记伟合肥电子工程学院

简要叙述了相对于外形隐身、材料隐身等传统飞行器隐身技术,等离子体隐身技术的优点和难点,重点分析了等离子体隐身的原理、实现隐身的关键条件、产生方法以及现状和发展趋势。

关键词：隐身技术等离子体等离子体电子密度

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激光等离子体中铅原子能级移动的研究

激光等离子体中铅原子能级移动的研究

作者：周贤明山东师范大学

学位级别：硕士

自1960年美国物理学家梅曼(T. H. Maiman)成功研制出第一台红宝石激光器起,激光技术的发展就表现出强大的生命力,近几年超短超强激光科学的快速发展为人类提供了前所未有的功率密度(> 1020 W/cm2)、电场强度(> 1011 V/cm)和时间精度(10-... 详细信息

自1960年美国物理学家梅曼(T. H. Maiman)成功研制出第一台红宝石激光器起,激光技术的发展就表现出强大的生命力,近几年超短超强激光科学的快速发展为人类提供了前所未有的功率密度(> 1020 W/cm2)、电场强度(> 1011 V/cm)和时间精度(10-15 s)等非常极端的实验条件,为许多科学的创新性研究和重大突破提供了极其重要的平台并产生了革命性的影响。其中“激光与物质相互作用”的研究成果是激光技术发展的一个重要标志。激光与物质相互作用是物理学最重要的研究课题之一,它不仅在理论研究领域受到人们的普遍关注,而且在激光加工、材料制备以及军事武器的制备等实际应用中已经得到了广泛应用。激光与物质相互作用的一个主要结果就是产生激光等离子体。当功率密度足够高的脉冲激光辐照到靶材的表面时,靶材会在几纳秒的时间内熔化、蒸发乃至电离,产生高温高密度的等离子体。研究铅等离子体,有助于铅原子结构的研究,为天文等离子体的模拟提供数据。事实上,对激光等离子体的诊断不仅在理论上有助于更好的理解激光与物质的相互作用过程,而且对PLD制膜的最佳条件的确定起到相当有益的启发。本文主要对Pb激光等离子体进行了光谱诊断。第一,在距离靶面大约0.3 mm处获得了有关原子谱线的时间分辨谱,测量了等离子体的电子密度、以及其时间演化趋势;通过光谱分析,得到了特征谱线的展宽和频移数据,并从三方面对谱线的展宽频移随时间的演化进行了解释;根据相关文献的结论,对展宽频移数据进行了分析,并且对于与文献结论相反的实验结果进行了定性的解释;通过频移分析,我们还得到了在激光等离子体环境中铅原子部分能级偏移量的大小关系。第二,在距离靶面不同的位置处,我们得到了Pb原子谱线的时间演化谱,给出了10条铅原子谱线的中心波长在不同空间位置处随时间的演化,分析发现,发生蓝移的谱线的跃迁上能级具有相同的电子组态并且对蓝移现象进行了解释;给出了10条铅原子谱线在不同延迟时间时中心波长随空间位置的演化,并且利用等离子体膨胀的动力学模型对此进行了解释。在研究过程中,取得了一些创新性的成果,概括起来,本论文研究的主要内容和结果如下: (1)由理论分析和对激光等离子体谱线的高斯及洛仑兹拟合可知,激光等离子体的展宽机制主要是斯塔克展宽。我们用铅原子谱线PbⅠ373.995nm的半高全宽计算了等离子体的电子密度,计算了不同激光能量下不同延迟时间的电子密度,结果显示,随着时间的延迟电子密度减小,随着激光能量的增大电子密度增大;对于在不同激光能量下,电子密度随延迟时间的变化规律,我们给出了一个确定的描述公式: y = Ae+Ae+Y。 (2)分析了来自相同上能级的两组谱线(PbⅠ357.274nm和PbⅠ257.727nm;PbⅠ266.316nm和PbⅠ373.995nm)和有相同下能级的三组谱线(PbⅠ357.274nm和PbⅠ373.995nm;PbⅠ257.727nm和PbⅠ2 66.318nm;PbⅠ363.958nm和PbⅠ368.348nm)的展宽和频移,比较结果为: W> W、d > d,W > W、d > d;W > W、d > d,W > W、d nm > d, W 等离子体发射光谱的频移反映的是相关原子能级的移动情况,通过分析谱线的频移,我们得到了6条铅原子谱线相应跃迁能级的能级移动量的大小关系如下:ΔEe(6p D )) ΔEe(6p7s P))、ΔEe(6p7s P )) 等离子体环境中随延迟时间的变化规律,从粒子碰撞引起的线型表述、平方斯塔克效应和自由电子对原子核的屏蔽作用三方面进行了解释。 (4)在第二组实验中同样利用铅原子谱线PbⅠ373.995nm的半高全宽计算了等离子体的电子密度,给出了在延迟时间300 ns、500 ns、800 ns、1000 ns时,铅激光等离子体的电子密度随空间位置的演化;另外,给出了四条铅原子谱线(357.274 nm,363.958 nm,368.348 nm,373.995 nm)的强度随延迟时间和空间距离的演化趋势,据此我们判断,等离子体的膨胀过程,不仅是能量的损耗过程,其中还存在能量的交换,即存在一些原子的激发过程。 (5)给出了10条铅原子谱线(357.274 nm,363.958 nm,368.348 nm,373.995 nm,257.727 nm,266.316

关键词： Pb 激光诱导等离子体演化谱等离子体电子密度谱线展宽谱线频移能级移动蓝移

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激光等离子体干涉实验诊断研究

激光等离子体干涉实验诊断研究

作者：徐跃生南京理工大学

学位级别：硕士

本文总结了激光等离子体产生的机理，分析了光学方法诊断等离子体特性的理论基础，用光学阴影法和马赫-曾德尔干涉法对激光等离子体和冲击波的演化过程进行了实验诊断研究。采用光学阴影法研究了激光与靶材作用产生等离子体的空间形状... 详细信息

本文总结了激光等离子体产生的机理，分析了光学方法诊断等离子体特性的理论基础，用光学阴影法和马赫-曾德尔干涉法对激光等离子体和冲击波的演化过程进行了实验诊断研究。采用光学阴影法研究了激光与靶材作用产生等离子体的空间形状及其发展过程，实验结果表明等离子体的膨胀速度是超音速的，可以达到10cm／s，膨胀过程是二维的，而且随着时间的推移，膨胀速度逐渐减小并趋于音速，等离子体的在各个方向的膨胀速度也趋于相同，因而膨胀波前逐渐呈球面状。建立了基于探测光光路延迟的激光等离子体马赫-曾德尔干涉装置系统和由CCD、示波器、能量计和计算机组成的实时记录系统，得到了不同时间、不同激光能量下等离子体干涉图样。通过在matlab下编程对干涉图样进行自动处理，包括条纹滤波、增强、二值化、细化、细化后修补以及干涉条纹的提取、偏移量的计算，进而得到等离子体折射率分布情况。利用等离子体折射率与等离子体重要参数(电子密度、等离子体密度、中性粒子密度、电离度、温度、压强等)之间的关系，完成了对等离子体性质的诊断。实验表明等离子体的电子密度到达10cm，中心区域高于边缘区域;随着时间的推移，等离子体电子密度会逐渐减小;等离子体温度达到9400K。

关键词：激光等离子体图像处理等离子体电子密度马赫-曾德尔干涉仪

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等离子体吸收探针研制

等离子体吸收探针研制

作者：胡鹏华中科技大学

学位级别：硕士

低温等离子体技术在工业领域获得了越来越广泛的应用。随着其应用的不断发展,低温等离子体参数的诊断技术也越来越多的得到了人们的关注。低温等离子体诊断方法多种多样,传统的诊断方法如朗谬尔探针诊断法仍在为大家所使用。但随着工艺... 详细信息

低温等离子体技术在工业领域获得了越来越广泛的应用。随着其应用的不断发展,低温等离子体参数的诊断技术也越来越多的得到了人们的关注。低温等离子体诊断方法多种多样,传统的诊断方法如朗谬尔探针诊断法仍在为大家所使用。但随着工艺要求上的不断提高,精度上的日趋细致,许多传统方法在工业应用中无法获得预期的效果。因此,本文主要围绕一种新兴的诊断技术——等离子体吸收探针的理论与设计而开展相关研究。等离子体吸收探针诊断技术是依据表面波共振吸收的原理发展起来的。本文围绕本诊断技术,分别从探针装置的理论模型推导、数值仿真模拟和实验方案实施三个方面加以阐述。在理论模型上,依据等离子体吸收探针的结构,分区域将探针以电磁理论模型加以推导,分别给出各部分的表面波色散关系,分析各因素对探针诊断的影响,并得到天线区共振是起着表面波共振的决定性因素的结论。之后,分别通过仿真与实验对理论模型推导进行验证。由表面波共振吸收时的频率关系ω =ω·(1 +ε)d),最终可以通过一系列的共振吸收值推导出等离子体的电子密度。本诊断方法在射频放电等离子体源测量中已得到应用。本文最后,对本诊断装置提出了建议,作出展望,为今后在本诊断方法上的进一步发展提供参考。

关键词：等离子体诊断等离子体吸收探针电磁理论模型等离子体电子密度