HL-2A装置上的极向电荷交换复合光谱诊断

介绍了HL-2A装置上的高时空分辨极向电荷交换复合光谱诊断系统。该系统观测范围覆盖了大半径R=1.91~2.02m的等离子体区域,通过测量碳杂质离子谱线CⅥ(n=8→7,λ=529.06nm)的多普勒展宽,获得离子温度的分布剖面。该系统共有2个光学采集透镜组,其中一个透镜组放置在中性束注入窗口附近,用于观测中性束注入时的主动光谱和被动光谱;另一个透镜组放置在装置的另一侧,用于观测被动光谱。为了实时准确地对各测量通道的波长进行监测,采用了波长λ=532nm的激光作为参考。在有中性束注入的高模放电期间,系统在等离子体边界R~2.00m的位置观测到显著的边缘输运垒。     

HL-2A 装置上的极向电荷交换复合光谱诊断

介绍了HL-2A 装置上的高时空分辨极向电荷交换复合光谱诊断系统。该系统观测范围覆盖了大半径R=1.91~2.02m 的等离子体区域,通过测量碳杂质离子谱线CⅥ(n=8→7,λ=529.06nm)的多普勒展宽,获得离子温度的分布剖面。该系统共有2 个光学采集透镜组,其中一个透镜组放置在中性束注入窗口附近,用于观测中性束注入时的主动光谱和被动光谱;另一个透镜组放置在装置的另一侧,用于观测被动光谱。为了实时准确地对各测量通道的波长进行监测,采用了波长λ=532nm 的激光作为参考。在有中性束注入的高模放电期间,系统在等离子体边界R~2.00m 的位置观测到显著的边缘输运垒。     

多光谱高温计有效波长标定方法研究

针对光纤式多光谱高温计波长标定中由于光纤耦合导致信号太弱而无法获得有效波长的问题,基于普朗克定律,充分结合不同标定温度点的标定值的比值,提出了一种由温度标定数据来确定有效波长的方法。相比于传统的有效波长标定方法,新方法避免了耗时复杂的波长标定过程可以快速获取有效波长。分别采用仿真和实验两种手段来验证新方法的可行性和有效性。仿真结果表明所提出的新方法可行并且具有一定的抗随机误差能力,所得有效波长计算的真温值与实际值的相对误差小于0.7%。实验结果表明提出的新方法能够得到各个通道的有效波长值,进一步验证了该方法的有效性。所提出的新方法也可应用于其他多光谱高温计,为多光谱高温计的研制和应用提供了理论基础。     

EAST快速极紫外光谱仪波长的原位标定及其应用

介绍了东方超环(experimental advanced supereonducting tokamak, EAST)托卡马克上的两套快速极紫外（EUV）光谱仪系统波长的原位标定方法、结果及其应用。这两套谱仪均为掠入射平场谱仪,时间分辨均为5 ms·frame-1。两套谱仪分别工作在20～500和10～130 Å的波段范围,由步进电机控制探测器在焦平面上移动实现整个观测波段上的波长扫描。利用这两套谱仪系统观测极紫外波段光谱,计算EAST中低-高Z杂质离子特征线辐射强度随时间的演化,监测和研究等离子体中杂质的行为。高Z杂质尤其是钨、钼等金属元素,发出的EUV波段光谱的构成非常复杂,准确识谱对谱仪精确的波长测量能力以及谱分辨能力要求很高,因此精确的波长标定是识别钨、钼等高Z杂质谱线以及研究它们行为的最关键的技术之一。利用EAST等离子体中类氢到类铍的低、中Z杂质的特征谱线以及它们的二阶甚至三阶谱线,结合谱仪系统的色散能力,对这两套快速极紫外光谱仪的波长进行了精确的原位标定。用于波长标定的杂质谱线有O Ⅷ 18.97 Å,O Ⅶ 21.60 Å,C Ⅵ 33.73 Å,Li Ⅲ 113.9 Å,Li Ⅲ 135.0 Å,Li Ⅱ 199.28 Å,Ar ⅩⅤ 221.15 Å,He Ⅱ 256.317 Å,He Ⅱ 303.78 Å,Ar ⅩⅥ 353.853 Å及C Ⅳ 384.174 Å等。利用波长标定的结果对观测到的EUV光谱进行谱线识别,两套谱仪观测到的绝大多数谱线波长与美国技术标准局(National Institute of Standards and Technology, NIST)数据库的标准波长相差分别小于0.08和0.03 Å。开发了谱仪波长原位标定程序模块,将这个模块内嵌到谱仪数据实时上传的交互式软件中,实现了全谱数据以及特征谱线强度随时间演化数据的实时处理和上传。同时利用开发的全谱分析交互式软件以及EAST上的数据查看软件,最终实现了快速EUV谱仪自采数据的准实时分析、读取和查看。     

电子束离子阱对中性气体电荷交换的光谱诊断

在实验室天体物理研究中,电子束离子阱(EBIT)是极端紫外(EUV)和X射线波段能谱分析的重要实验平台,其中EBIT中心残余的中性气体对离子产生存在显著影响。研究了阱区中心残余中性气体对电荷态分布的影响,发现阱区中心残余中性气体和高电荷态离子之间的电荷/能量交换过程不仅影响离子的电荷分布, 而且对激发函数(离子分布比例随电子能量关系曲线)有着极大的影响。利用电离平衡分析方法成功诊断出阱区中心区域残留的中性气体分子数密度,以及内腔室的真空度。     

相对标定电荷交换复合谱及束发射谱测量杂质浓度的方法研究

采用数值模拟方法计算了HL-2A装置上电荷交换复合谱和束发射谱的强度,并根据两种光谱的比值得到碳和氦杂质的浓度,与初始假设对比后验证了该方法理论上的可靠性。实验上采用一台三光栅光谱仪系统,利用同一视线、同时测量了碳(CⅥ)、氦(HeⅡ)的电荷交换复合谱及中性束发射谱,首次在HL-2A装置上同步获得了C6+、He2+离子的绝对浓度剖面。该方法采用了相对强度标定而非复杂的绝对强度标定,并且避免了中性束衰减计算。     

激光诱导荧光诊断的波长标定方法的研究

激光诱导荧光作为一种非侵入式的诊断技术,通过激光扫频得到粒子速度分布函数来计算其速度和温度。为得到较高信噪比的粒子速度分布函数,需要对多次采集的数据进行平均处理,这需要标定每次扫频的激光波长,以确定每次扫频的相同波长范围。为此发展了利用碘分子吸收光谱来进行波长标定的技术。为探究有效的光谱对齐算法,分别使用最小均方误差法、误差梯度下降算法和卷积神经网络在模拟碘分子吸收光谱数据集上进行了测试。结果显示,最小均方误差法具有很好的对齐精度,且对齐平均误差小于两个采样间隔。利用最小均方误差法对齐碘分子吸收光谱,对Ar+激光诱导荧光实验结果的激光波长进行了标定,平均了多组Ar+速度分布函数。相较于利用法布里-珀罗干涉仪共振峰标定以及激光触发曲线标定,通过碘吸收光谱标定得到的离子温度更准确。     

基于波长调制光谱技术的免标定单线测量法

可调谐二极管激光吸收光谱技术一般采用双线法同时测量气体的温度和物质的量分数。然而在频分和时分复用这两种方式下,双线法易存在频率串扰和降低时间分辨率等问题,在实际应用中有一定的局限性。针对此问题,提出了基于波长调制光谱技术的免标定单线测量法,只用一条吸收谱线即可实现对气体温度和物质的量分数的同时测量。以燃烧过程中的主要产物CO_2为目标气体,选择中心频率为5007.787cm-1的吸收谱线R(50)进行实验验证。从扣除背景的峰值归一化二次谐波信号的线型中提取温度信息,再利用扣除背景的一次谐波归一化二次谐波信号提取CO_2的物质的量分数。实验结果表明,免标定单线法与热电偶测量的温度最大相对偏差小于2.5%,物质的量分数的最大相对偏差小于2.8%。验证了用免标定单线测量法同时测量CO_2的温度和物质的量分数是可行的。     

利用光电流光谱进行脉冲染料激光器波长绝对标定

可调谐激光器取代通用的波长选择元件(如单色仪或干涉仪),作为连续可调谐的单色光源与光学混频技术相结合,能够提供从真空紫外到远红外的宽阔光谱范围内的强光源,为研究原子、分子、固体和等离子体的结构提供了许多新的可能性。因此,可调谐激光器目前广泛地应用在物理、化学、     

基于数字滤波的主动式高光谱成像系统及其波长标定

基于数字滤波技术,提出了获取物体反射光谱数据立方体和光谱响应曲线的主动式新型高光谱成像系统。对传统WDF型瓦兹渥斯反射式单色仪进行了改装,在入射光一定的情况下,增大出射光通量,提高了照射在物体表面的光强。利用数字滤波方式代替光学窄带滤波器,解决了多个光学滤光片不能连续可调和其他滤波器成本高的问题,建立了波长连续可调,带宽可调的高光谱成像系统。针对系统的特点和采集方式,提出了适当的定标方式,其波长误差2nm。得到了绿色树叶效果良好的光谱数据立方体和响应曲线,表明提出的系统适用于实验室中小视场内的光谱成像测量研究。     

HT6M托卡马克电荷交换复合辐射的测量

 利用光学多道分析仪和单道近紫外系统分别测量了HT6M托卡马克C Ⅵ(207.1nm) 谱线线形分布和时间行为。通过对CⅥ谱线线形和时间行为的分析表明CⅥ谱线来源于电荷交换复合辐射。     

HT6M托卡马克电荷交换复合辐射的测量

利用光学多道分析仪和单道近紫外系统分别测量了HT6M托卡马克C Ⅵ(207.1nm) 谱线线形分布和时间行为。通过对CⅥ谱线线形和时间行为的分析表明CⅥ谱线来源于电荷交换复合辐射。     

EAST装置上ERD光谱诊断系统设计

在EAST装置上研制了一套边界旋转测量系统(ERD)用于测量边界等离子体环向/极向旋转速度和离子温度分布。前置收光系统采用了嵌入式(plug-in)结构,便于系统调试与维护。光谱仪设计成多入射狭缝结构,可容纳更多的光纤,提高了其利用率。探测器选用了高灵敏度和高动态范围的电子倍增CCD(EMCCD)探测器。使用了含高OH基浓度的石英光纤,可以承受一定剂量的中子辐射。系统设计的测量波段为350~800nm,最高时间分辨为15ms,空间分辨为1cm。低杂波注入下的实验结果与早期EAST上二维弯晶谱仪与快速往复探针联合实验的结论一致。     

托卡马克等离子体被动光谱诊断的绝对标定

综述了托卡马克装置几套常规被动光谱诊断的绝对标定方法以及利用基于碰撞辐射模型的原子数据库诊断出粒子密度以及通量等物理量的方法。其中诊断系统包括可见波段具有高时空分辨的光电二极管阵列、具有高时间分辨的光电倍增管,具有二维空间分辨的高速相机,具有时空分辨和高谱分辨的光谱仪;极紫外波段具有时空分辨的光谱仪等。     

电荷耦合器件光电响应特性标定研究

电荷耦合器件(CCD)光电输入输出响应特性是其用于光束远近场能量分布测量的重要参数,介绍一种新的标定方法——小孔衍射方法：即利用小孔衍射图像的零级谱的能量相对分布作为CCD能量的标准参考输入,依据最小二乘拟合准则,根据CCD的灰度输出标定其响应特性。介绍了数据处理方法并完成了校核实验及误差分析。     

电荷耦合器件光电响应特性标定研究

 电荷耦合器件(CCD)光电输入输出响应特性是其用于光束远近场能量分布测量的重要参数,介绍一种新的标定方法——小孔衍射方法：即利用小孔衍射图像的零级谱的能量相对分布作为CCD能量的标准参考输入,依据最小二乘拟合准则,根据CCD的灰度输出标定其响应特性。介绍了数据处理方法并完成了校核实验及误差分析。     

非标定波长调制吸收光谱气体测量研究

为消除可调谐激光调制吸收光谱气体测量技术对于标定过程的依赖,研究了二次谐波信号的非标定波长调制气体测量方法.通过对测量的二次谐波线型进行分析,给出相同工况下二次谐波模拟信号,并利用测量与模拟二次谐波信号进行线性拟合直接计算气体浓度.实验室内采用非标定波长调制气体测量方法,利用 6336.24 cm^-1处特征吸收谱线对10 cm长气体吸收池内的CO₂进行了测量.结果表明,非标定波长调制气体测量方法可适应各种不同条件,适合于现场气体在线测量.当调制系数在1.8—3. 关键词： 波长调制 二次谐波 吸收光谱 半导体激光器     

微型光纤光谱仪波长标定技术的研究

为了得到准确的光谱测量结果,对AvaSpec-2048微型光纤光谱仪进行了标定实验设计。根据标定实验结果,采用两种不同的数学算法,使用MATLAB软件,得到了标定方程和拟合曲线。为了验证标定结果的准确性,设计了验证实验,通过对比验证实验结果得到最佳标定方程。     

HT—6M上电荷交换中性粒子能谱测量

用10道电荷文换中性粒子分析器测量了HT-6M装置的中性粒子能谱,给出了测量和数据处理方法以及在欧姆加热,高能中性粒子束(NBD)和离子回旋共振辅助加热(ICRH)条件下的能谱和离子温度,并对结果进行了分析讨论。