[发明专利]基于激光等离子体成像的低气压测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于激光等离子体成像的低气压测量装置，其包括，

待测真空腔，其表面设有第一透光窗口和第二透光窗口，

靶材，其设在所述待测真空腔中，且位于第一透光窗口轴线和第二透光窗口轴线的交叉位置，

脉冲激光器，其配置成发射脉冲激光，

平面反射镜，其调节所述脉冲激光的入射方向，

激光控制器，其连接所述脉冲激光器以控制其形成预定参数的脉冲激光，所述脉冲激光经由所述平面反射镜按照预定入射方向透过所述第一透光窗口烧蚀靶材以生成等离子体，

图像拍摄单元，其经由所述第二透光窗口拍摄等离子体图像，

延迟发生器，其连接所述激光控制器和所述图像拍摄单元以控制脉冲激光的产生和等离子体图像拍摄的时序，

数字计算机，其连接所述图像拍摄单元，数字计算机包括，

计算单元，其基于等离子体图像强度积分生成强度积分值、基于等离子体图像计算等离子体质心到靶材表面距离以及等离子体图像的羽翼长度，

测量单元，连接所述计算单元的测量单元比较所述强度积分值和预定气压下等离子体图像强度的第一强度积分值，

当所述强度积分值大于所述第一强度积分值，则基于所述等离子体质心到靶材表面距离获得待测真空腔的气压值，

当所述强度积分值小于所述第一强度积分值，当等离子体图像出现眼泪形图形，则基于羽翼长度获得待测真空腔的气压值，当等离子体图像没有出现眼泪形图形，则基于强度积分值获取待测真空腔的气压值；

其中，所述测量装置采用如下测量方法，所述方法包括以下步骤：

第一步骤中，待测真空腔内设置靶材，脉冲激光透过所述待测真空腔的窗口烧蚀靶材产生等离子体，其中，脉冲激光器产生的脉冲激光经过平面镜折射后被一块平面凸透镜聚焦，然后透过待测真空腔的高透光窗口聚焦在待测真空腔的靶材上，脉冲激光烧蚀靶材产生等离子体，

第二步骤中，在垂直于脉冲激光入射方向上，于脉冲激光发射后的预定时刻后拍摄所述等离子体图像，

第三步骤中，基于等离子体图像强度积分生成强度积分值，比较所述强度积分值和预定气压下等离子体图像强度的第一强度积分值，所述强度积分值大于所述第一强度积分值，则基于所述等离子体质心到靶材表面距离获得待测真空腔的气压值，所述强度积分值小于所述第一强度积分值，当等离子体图像出现眼泪形图形，则基于羽翼长度获得待测真空腔的气压值，当等离子体图像没有出现眼泪形图形，则基于强度积分值获取待测真空腔的气压值，基于所述等离子体质心到靶材表面距离获得待测真空腔的气压值中，气压值和所述等离子体质心到靶材表面距离的关系为线性函数，基于等离子体图像的羽翼长度获取待测真空腔的气压值中，气压值和所述羽翼长度的关系为第二分段线性函数，所述等离子体图像的羽翼为等离子体图像中大于预定亮度值的羽翼状图像部分，预定时刻为600ns，其中，获取气压值在10^-2Pa到10⁵Pa，步长为一个数量级，增强CCD在脉冲激光器发射脉冲激光600ns后拍摄，曝光时间为100ns条件下所拍摄的等离子图像，每个压强值等离子体图像拍摄三次，利用等离子体图像作为获取待测真空腔压强值的标尺，基于强度积分值获得待测真空腔的气压值中，气压值和所述强度积分值的关系为第一分段线性函数，等离子体图像出现眼泪形图形时气压值为小于1Pa，当等离子体图像没有出现眼泪形图形则气压值1-10Pa；

其中，第三步骤中，所述预定气压为10Pa。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，平面反射镜和第一透光窗口之间设有用于聚焦脉冲激光的第一透镜单元，所述图像拍摄单元和第二透光窗口设有用于拍摄等离子体图像第二透镜单元。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其中，图像拍摄单元包括增强CCD相机。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述数字计算机包括用于优化计算单元计算的大数据自学习单元。