[发明专利]一种等离子体电子密度和能量的实时诊断方法及系统

权利要求书

1.一种等离子体电子密度和能量的实时诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)等离子体发出的光同时进入多个不同长度的子光纤束后输出不同时延光；所述多个不同长度的子光纤束分别由多个相同长度的光纤构成，相邻子光纤束之间的光纤长度差相等，且其长度差对应于快门曝光时间，所述多个不同长度的子光纤束的输出端纵向排列且相邻子光纤束之间的间距至少为光纤直径的2倍；

2)不同时延光的光谱被光谱仪展开后进入高速相机分区成像，则高速相机不同分区成像即为不同时刻的等离子体光谱；

3)对某一时刻的等离子体光谱进行斯塔克展宽和热多普勒展宽，分析得到等离子体发光谱线，按照洛仑兹和高斯分布函数反卷积获得斯塔克展宽的半高宽以得到等离子体密度，再按照洛仑兹和高斯分布函数反卷积获得热多普勒展宽以得到等离子体的温度；

4)通过不同长度的多光纤束得到不同时刻的等离子体的密度和能量参数，获得其随纳秒演化过程。

2.一种等离子体电子密度和能量的实时诊断系统，其特征在于：包括等离子体发射体、光纤束、光谱仪和相机，所述等离子体发射体的输出端与光纤束的输入端连接，所述光纤束的输入端为单个半球形，用于探测同一空间位置的发光；所述光纤束的输出端为单一纵向排列，所述光纤束的输出端与光谱仪输入口连接；所述光谱仪的输出口与相机连接；

所述光纤束包括多个长度不同的子光纤束；所述子光纤束包括多个相同长度的光纤；

输出端相邻子光纤束之间的长度差Δdm对应于所述光谱仪的曝光时间；

输出端相邻子光束之间的间距至少为2倍光纤的直径。

3.根据权利要求2所述的等离子体电子密度和能量的实时诊断系统，其特征在于：所述等离子体发射体包括微波输入窗、真空室、微波输出介质窗和观察窗，所述微波输入窗位于真空室的顶部，所述微波输出介质窗位于真空室的底部，所述观察窗位于与微波输出介质窗等高的真空室的侧面，所述光纤束的输入端从观察窗外朝向微波输出介质窗。

4.根据权利要求2所述的等离子体电子密度和能量的实时诊断系统，其特征在于：所述等离子体发射体包括微波输入窗、真空室、微波输出介质窗和观察窗，所述微波输出介质窗位于真空室的底部，所述微波输入窗位于真空室侧面且微波输入窗正对所述介质窗，所述观察窗位于真空室的顶部，所述光纤束的输入端从观察窗外正对微波输出介质窗。

5.根据权利要求2至4任一所述的等离子体电子密度和能量的实时诊断系统，其特征在于：所述相机为EMICCD相机。

6.根据权利要求2至4任一所述的等离子体电子密度和能量的实时诊断系统，其特征在于：所述光纤束还包括多根定位光纤，所述定位光纤的输出端位于相邻子光纤束之间，所述定位光纤的输入端遮光处理。

7.一种等离子体电子密度和能量的实时诊断系统，其特征在于：包括等离子体发射体、光纤束、多个光谱仪和相机，所述等离子体发射体的输出端与光纤束的输入端连接，所述光纤束的输入端为单个半球形，用于探测同一空间位置的发光；所述光纤束的输出端为单一纵向排列，所述光纤束的输出端与光谱仪输入口连接；所述光谱仪的输出口与相机连接；

所述光纤束包括多个长度不同的子光纤束；所述子光纤束包括多个相同长度的光纤；

输出端相邻子光纤束之间的长度差Δdm对应于所述光谱仪的曝光时间；

与同一光谱仪相对应的所有相邻子光束之间的间距至少为2倍光纤的直径。

8.根据权利要求7所述的等离子体电子密度和能量的实时诊断系统，其特征在于：所述等离子体发射体包括微波输入窗、真空室、微波输出介质窗和观察窗，所述微波输入窗位于真空室的顶部，所述微波输出介质窗位于真空室的底部，所述观察窗位于与微波输出介质窗等高的真空室的侧面，所述光纤束的输入端从观察窗外朝向微波输出介质窗。

9.根据权利要求7所述的等离子体电子密度和能量的实时诊断系统，其特征在于：所述等离子体发射体包括微波输入窗、真空室、微波输出介质窗和观察窗，所述微波输出介质窗位于真空室的底部，所述微波输入窗位于真空室侧面且微波输入窗正对所述介质窗，所述观察窗位于真空室的顶部，所述光纤束的输入端从观察窗外正对微波输出介质窗。

10.根据权利要求7至9任一所述的等离子体电子密度和能量的实时诊断系统，其特征在于：所述光纤束还包括多根定位光纤，所述定位光纤的输出端位于相邻子光纤束之间，所述定位光纤的输入端遮光处理。