专利名称：基于二象限探测器的放电等离子体电子密度测量装置与方法
技术领域：
本发明属于光学测量技术领域，涉及的是测量放电等离子体电子密度的装置，特别是一种基于二象限光电探测器来测量放电等离子体电子密度的装置。该方法尤其适用于气体激光器内放电等离子体电子密度的测量。
背景技术：
气体放电作为一种最为常见的低温等离子体产生方式，在材料处理、表面改性、切害I]、焊接、生物医疗以及气体激光器泵浦等领域都有着广泛的应用。电子密度是衡量等离子体的重要指标，它直接影响着放电等离子体在各种应用中的效果。例如，在气体激光器泵浦应用中，电子密度决定着所能泵浦的上能级粒子数密度，进而决定了激光器的输出能量。对于低温等离子体电子密度的测量主要有探针法、微波法、光谱法。探针法是最传统的等离子探测方法。它利用插入放电等离子体内部的金属探针的伏安特性曲线，探测放电等离子体电子密度。由于它必须将探针深入等离子体内部，不可避免的会对等离子体的放电特性产生影响。微波法是通过测量放电等离子体对在其中传播的微波的相移，衰减等其他传输特性，来测量放电等离子体电子密度。由于微波源体积庞大，价格昂贵，且对操作人员的健康有一定的影响，所以应用的并不普遍。光谱法是当前最为通用的测量方法。它利用放电等离子体自身的发射光谱或者外加探测光源通过等离子体的吸收或散射光谱中原子谱线来测量放电等离子体电子密度。但光谱仪装置复杂，价格昂贵，操作与数据处理也相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种放电等离子体电子密度的测量装置，该装置能够简单而准确地测量放电等离子体电子密度，信号的后续处理也相对简单。本发明提供的一种放电等离子体电子密度测量装置，包括探测光源、二象限探测器和信号处理器，其特征在于探测光源和二象限探测器分别用于位置在放电等离子体两端，二象限探测器用于探测探测光源所发出的光束经过放电等离子体所产生的偏折，信号处理器用于根据偏析得到放电等离子体的电子密度。利用上放电等离子体电子密度测量装置进行测量的方法，其特征在于，将探测光源与二象限探测器分别放置在两个旋转平移台上，分置于放电装置的两端，使探测光源的激光对准二象限探测器的中心；重复多次将探测光源与二象限探测器在同一个维度上移动相同的距离，记录放电时不同位置二象限探测器两个光敏面的响应幅值比；再由信号处理器根据两个光敏面的响应幅值比计算出该维度上放电等离子体电子密度分布。本发明克服了传统测量装置系统结构复杂、设备昂贵的缺点，同时能够有效的提高测量精度，并且对放电等离子体不造成干扰，得到放电等离子体电子密度的空间分布。
图1为本发明的原理示意图；图2为本发明中采用的二象限光电探测器的正面图；图3为本发明的工作流程图；图4为本发明应用于测量长方截面放电等离子体电子密度的一种实例。
具体实施例方式由于在放电等离子体中大量的自由电子的运动速度比正离子速度快得多，微观上表现为自由电子以正离子为中心往复运动，宏观上表现为整个放电等离子体的振荡。放电等离子体振荡频率ωρ为
权利要求
1.一种放电等离子体电子密度测量装置，包括探测光源、二象限探测器和信号处理器，其特征在于探测光源和二象限探测器分别用于位置在放电等离子体两端，二象限探测器用于探测探测光源所发出的光束经过放电等离子体所产生的偏折，信号处理器用于根据偏折得到放电等离子体的电子密度。
2.一种利用权利要求1所述放电等离子体电子密度测量装置进行测量的方法，其特征在于，将探测光源与二象限探测器分别放置在两个旋转平移台上，分置于放电装置的两端，使探测光源的激光对准二象限探测器的中心；重复多次将探测光源与二象限探测器在同一个维度上移动相同的距离，记录放电时不同位置二象限探测器两个光敏面的响应幅值比；再由信号处理器根据两个光敏面的响应幅值比计算出该维度上放电等离子体电子密度分布。
全文摘要
本发明公开了一种放电等离子体电子密度测量装置及方法。装置包括探测光源、二象限探测器和信号处理器。将探测光源与二象限探测器分别放置在两个旋转平移台上，分置于放电装置的两端，使探测光源的激光对准二象限探测器的中心；重复多次将探测光源与二象限探测器在同一个维度上移动相同的距离，记录放电时不同位置二象限探测器两个光敏面的响应幅值比；再由信号处理器根据两个光敏面的响应幅值比计算出该维度上放电等离子体电子密度分布。本发明克服了传统测量装置系统结构复杂、设备昂贵的缺点，同时能够有效的提高测量精度，并且对放电等离子体不造成干扰，得到放电等离子体电子密度的空间分布。
文档编号H05H1/00GK103068136SQ20121053390
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者杨晨光, 李斌, 左都罗, 王新兵, 陆培祥, 唐建, 徐勇跃, 刘力 申请人:华中科技大学