激光等离子体温度测量方法设计

为了获得高时间和空间分辨率的激光等离子体温度测量结果,基于等离子体温度测量的二谱线法,设计了一种激光等离子体温度测量方法。介绍了该方法的测量原理及时间空间分辨率实现方法。利用这种方法获得了空间分辨率微米量级、时间分辨率纳秒量级的激光等离子体温度测量结果,测量得到的激光等离子体温度为10^4K量级。实验结果表明,该方法能够获得具有很高时间空间分辨率的温度测量结果,具有较好的可行性。     

HL—1装置汤姆逊散射测量空间两点电子温度

本文叙述用激光汤姆逊散射方法测量HL-1装置在不同放电条件下空间两点的电子温度。简要介绍了测量条件,空间两点测量的实验安排及数据获取系统等。对实验结果进行了初步分析。在适当改变等离子体边缘径向电场分布时,电子温度有明显增加。     

非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体刻蚀化学气相沉积金刚石膜

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量,分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀,并研究了刻蚀机理。结果表明:电子温度为5~10 eV,离子温度为1 eV左右,而等离子体数密度在1010cm-3数量级。随气压的升高,电子和离子温度降低,而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀,优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中,离子的回旋运动特性得到了加强,有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀,有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。     

HL-2M 装置扫频 ECE 测量系统研制

为了测量 HL-2M 装置中的电子温度剖面分布,研制了一套扫频电子回旋辐射(SECE)系统。该系统 能够测量装置中心纵场大小在 1.4~2.2T 时的等离子体电子温度。采用扫频外差接收的方式,径向空间分辨达到 2.5cm,时间分辨达到 1ms。接收机前端的准光学系统采用两级金属反射镜的配置,系统能够接收的最小极向光 斑的直径为 1.5cm（波数 k_θ<4.2rad·cm^-1）。系统的频带范围覆盖 33~110GHz,采用 VCO 作为本振源,双边带混频 输出中频信号。后端首次采用高性能对数检波器解调中频,能直接对-70dBm 的微弱信号进行检测,输入-输出工 作区间的动态范围达到 45dB 以上。在实验期间,成功测量到了等离子体中电子逃逸以及回旋辐射产生的信号。     

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在HL-2A装置的电子回旋辐射(ECE)外差测量中,为实现电子温度剖面分布的绝对测量,采用双温度法和磁场扫描法分别对扫频和多道ECE测量系统进行了标定,获得了各道间的相对标定系数,并利用等离子体中心道Thomson散射测量的电子温度对ECE测量系统进行了绝对标定。结果表明,这两种方法都能实现可靠的标定,并对两者的优劣进行了比较和讨论。     

HL-2A装置上汤姆逊散射测量的初步结果

本文介绍了HL-2A装置上激光汤姆逊散射诊断系统的主要仪器构成，重点介绍了等离子体芯部单空间点电子温度，密度的实验测量结果。     

基于多峰高斯拟合的分布式拉曼测温系统设计与应用

针对温感区域长度小于空间分辨率导致温度测量不准确的问题,提出一种多点温度校正方案,并介绍了一种可应用于中小尺度剖面温度分布测量的装置和方法。采用基于多峰高斯拟合的方案,实现了多个测量不准确温度点的同时校正,提高了系统的温度准确度,设计了分布式拉曼测温系统样机,通过将光纤部分缠绕在PPR管上实现了中小尺度剖面温度分布测量。实验装置使2 m和1.5 m温感区域的测量准确度提高到1℃;测得冬季黄河万家寨水库冰盖厚度约为42.33 cm,与人工测量结果相差约为1.67 cm;测得36 m深河水剖面的温度约在0.32℃～0.90℃范围内波动。实验结果表明,采用该分布式拉曼测温系统能够在野外大范围监测河道流水剖面的温度分布。     

电子回旋共振离子源等离子体的密度测量

 诊断电子回旋共振离子源等离子体的传统方法是采用传统的单探针无发射时测量伏安曲线,并根据曲线的拐点由理论公式计算出的等离子体密度。本文设计并研制了等离子体密度的测量装置。采用单根朗缪尔探针（该探针可以用来发射电子）测量等离子体的伏安特性。在探针有发射和无发射两种状态下测量得到两条伏安曲线,根据这两条曲线的"分叉点"得到等离子体电位,然后根据该电位直接由计算机计算出电子温度、电子密度。采用该新方法,测量得到的等离子体参量空间电位约为17 V,悬浮电位约为-5 V,电子温度约为4.4 eV,离子密度为1.10×10¹¹cm^-3,与传统方法计算出的等离子体1.12×10¹¹cm^-3相比,两者相差仅1.8％,但新方法效率和精度更高。     

高温二氧化碳气体红外辐射实验研究

主要介绍了依托高频等离子体风洞建立的高温气体辐射测量平台,并在此平台上开展了高温二氧化碳气体红外辐射实验测量。介绍了高频等离子体风洞的运行原理、流场特性及工作介质;介绍了实验测量的条件、装置、标定、数据处理方法和结果分析;通过自建的高温气体发射光谱测量平台实验测量了二氧化碳气体在1 500～3 000 K范围内4个温度点的红外发射光谱;介绍了Abel变换在测量二氧化碳气体红外辐射空间分布中的应用,通过Abel变换获得了高温下二氧化碳气体红外辐射的空间分布结果; 分析了高温二氧化碳气体在4.3 μm附近的红外辐射的强度及其中心波长随温度变化的分布,得到了发射峰中心波长随温度的升高向长波方向展开的结果,并与文献结果进行了对比分析。     

真空脉冲放电金属等离子体生成及传播特性

研究了采用放电电流为200 A,持续时间为13 s的单脉冲放电形式,在锥-板、锥-网两种电极结构下,等离子体生成及空间传播特性并使用探针法对生成等离子体的电子密度、电子温度、空间电位、离子能量等参数进行了测量。实验和仿真结果表明;锥-网电极的起始放电电压较高,生成的等离子密度较大,沿放电电极轴方向运动的等离子体的密度最大。然而,两种不同电极结构生成的等离子体的传播速度没有明显区别。     

J-TEXT相关电子回旋辐射测量系统的研制

为了更好地研究反常输运,J-TEXT发展了一套相关电子回旋辐射(CECE)系统来测量电子温度涨落。该系统采用频率去相关的结构,通过八道窄带滤波器进行频率选择,其中两道采用带宽为100MHz的定频滤波器,其余六道采用带宽为100~240MHz的钇铁石榴石(YIG)滤波器,YIG滤波器的中心频率为数字可调,增加了系统的灵活性。通过光路的优化,系统的极向分辨率最高可达2.5cm^-1。实验结果表明系统性能良好,通过互相关技术可以消除热噪声的影响得到电子温度涨落,并且观测到靠近等离子体芯部的电子温度涨落要小于靠近边缘的电子温度涨落。     

电负性气体的掺入对容性耦合Ar等离子体的影响

本文利用朗缪尔静电探针对掺入了电负性气体O₂, Cl₂, SF₆的由4068 MHz激发的单射频容性耦合Ar等离子体进行了诊断测量. 测量结果表明: 随着电负性气体流量的增加, 电子能量概率分布函数出现了高能峰, 高能峰且有向高能侧漂移的现象; 电负性气体掺入Ar等离子体后显著降低了等离子体的电子密度; 电子温度随着电负性气体流量比的增加而升高. 另外, 本文还测量了掺入三种电负性气体后在不同流量比下的混合气体等离子体的电负度α . 对实验现象进行了初步的解释. 关键词： 电负性等离子体 电子密度 电子温度 电负度     

HT-7汤姆逊散射测量电子温度的相对论修正

 简要介绍了在HT-7托卡马克上用激光汤姆逊散射法测量等离子体电子温度的方法。对相对论产生谱峰蓝移的原因以及如何进行相对论修正进行了叙述。在考虑蓝移和不考虑蓝移两种情况下,用相对论修正关系式给出了HT-7托卡马克两次放电的电子温度的空间分布。     

Compressing ultrafast electron pulse by radio frequency cavity

An ultrafast electron diffraction technique with both high temporal and spatial resolution has been shown to be a powerful tool to observe the material transient structural change on an atomic scale.The space charge forces in a multi-electron bunch will greatly broaden the electron pulse width,and therefore limit the temporal resolution of the high brightness electron pulse.Here in this work,we design an ultrafast electron diffraction system,and utilize a radio frequency cavity to realize the ultrafast electron pulse compression.We experimentally demonstrate that the stretched electron pulse width of14.98 ps with an electron energy of 40 keV and the electron number of 1.0 ×10~5 can be maximally compressed to about0.61 ps for single-pulse measurement and 2.48 ps for multi-pulse measurement by using a 3.2-GHz radiofrequency cavity.We also theoretically and experimentally analyze the parameters influencing the electron pulse compression efficiency for single-and multi-pulse measurements by considering radiofrequency field time jitter,electron pulse time jitter and their relative time jitter.We suggest that increasing the electron energy or shortening the distance between the compression cavity and the streak cavity can further improve the electron pulse compression efficiency.These experimental and theoretical results are very helpful for designing the ultrafast electron diffraction experiment equipment and compressing the ultrafast electron pulse width in a future study.     

The effects of relativistic broadening and frequency down-shift on electron-cyclotron emission measurements in EAST

This paper presents a theoretical calculation of the effects of relativistic broadening and frequency down-shift on the electron cyclotron emission measurements for a wide range of plasma parameters in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST). The calculation is based on the radiation transfer equation, with the reabsorption and reemission processes taken into account. The broadening effect contributes to the radial resolution of the measure- ment, and the calculation results indicate that it is ～ 2 cm in the case of the central electron temperature 10 keV. A pseudo radial displacement of the obtained electron temperature profile occurs if the relativistic frequency down-shift effect is not taken into account in the determination of the emission layer position. The shift could be a few centimeters as the electron temperature increases, and this effect should be taken into account.     

HL-2A装置快速扫描气动探针的研制和运用

快速扫描气动探针已在HL- 2A 装置上用于对边缘等离子体参数的径向分布的测量, 特别是刮离层等离子体参数的特征长度和扰动的测量。该系统采用精密的气动气缸驱动带有探针组件的长驱动杆, 其最快速度可在60 ms 时间内水平扫描8 cm 的距离。探针信号测量具有1MHz 的快速时间响应和0. 04 mm 的空间分辨率。可靠地测量了HL- 2A 装置边缘电子温度和密度的时空分布。     

脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮等离子体特性研究

采用光栅光谱仪 对脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮过程中产生的等离子体空间分辨发射光谱进行了测量. 研究了500–600 nm波段范围内的等离子体空间发射光谱强度随激光平均功率和脉冲重复频率的变化情况. 结果表明: 等离子体辐射光谱强度在其径向膨胀方向上距离砂轮表面约2.4 mm处达到最大值. 在局部热力学平衡假设条件下, 根据等离子体中六条铜原子谱线的相对强度, 利用Boltzmann 图法, 计算得到在不同激光功率和重复频 率条件下的等离子体电子温度沿砂轮径向方向的分布规律. 实验结果表明: 在激光修锐青铜金刚石砂轮过程中, 距离砂轮表面约3 mm处等离子体电子温度出现峰值, 其温度最高可达4380 K, 且等离子体电子温度随着激光参数和 空间位置的改变呈现出不同的演变规律. 关键词： 脉冲光纤激光 等离子体发射光谱 激光修锐 电子温度     

Femtosecond spectroscopic imaging by time-of-flight photoemission electron microscopy

Advances in electron optics and fast-pulsed light sources have enabled the imaging of nanoscale structures with simultaneous energy and time resolutions. We present the results obtained from a time-resolved time-of-flight photoemission electron microscopy (TR-TOF-PEEM) system. This system combined the spatial resolution of conventional PEEM with the time resolution of a femtosecond-pulsed laser and the energy resolution of a TOF energy analyzer. The TOF-PEEM system consists of three electrostatic lenses in front, a drift tube for the measurement of TOF, and a delay line detector (DLD) at the end of the optics. The excitation source is femtosecond pulses from a cavity-dumped Ti:sapphire oscillator that is frequency-doubled to 400 nm using a β-barium borate (BBO) crystal. Using a pump-probe two-photon photoemission technique, we demonstrate an example of sub-100 nm space-resolved ultrafast time evolution of the electron energy spectra for the plasmon resonance of an Ag-coated Si nanostructure, which exhibited unexpectedly intense high energy photoemission signals that show different time evolution between bright and dark regions in a PEEM image.