[发明专利]等离子体中粒子分布的瞬态成像方法及装置

权利要求书

1.等离子体中粒子分布的瞬态成像方法，其特征在于：按照如下的步骤进行

步骤一、用光谱仪采集等离子体光谱，选择待测粒子发射谱线作为其特征谱线；

步骤二、根据测粒子选择两片窄带滤光片，第一窄带滤光片(9)的中心透射波长与待测粒子的特征谱线相同，第二窄带滤光片(13)的中心透射波长与待测粒子的特征谱线波长相差不超过50nm且在其带宽内不存在任何谱线，并且第二窄带滤光片(13)的中心透射波长与待测粒子的特征谱线波长不相等；

步骤三、利用第一透镜(7)和第二透镜(8)组成的第一光学4f系统、第一窄带滤光片(9)、第一门控相机(6)对特征谱线进行拍照，得到包含连续背景的粒子谱线强度分布图像，利用第三透镜(11)和第四透镜(12)组成的第二光学4f系统、第二窄带滤光片(13)、第二门控相机(10)对特征谱线进行拍照，得到连续背景强度图像，第一门控相机(6)和第二门控相机(10)在同一时刻、相同曝光门宽条件下进行拍照；

步骤四、连续背景强度图像的校正系数其中，L₁(λ)、L₂(λ)分别为第一窄带滤光片(9)、第二窄带滤光片(13)的透过率曲线，λ₁、λ₂为L₁(λ)＝0时所对应的两个波长，λ₃、λ₄为L₂(λ)＝0时所对应的两个波长；

步骤五、用包含连续背景的粒子谱线强度分布图像减去连续背景强度图像与校正系数C的乘积，得到粒子谱线强度分布图像；

步骤六、对粒子谱线强度分布图像进行高斯平滑以及基于离散数值计算的Abel反演，完成粒子谱线强度积分图像至粒子分布图像的转化，基于离散数值计算的Abel反演的方法为定义坐标z轴为等离子体对称轴，x轴为拍照方向，则所测粒子谱线强度值其实是沿x轴方向各点发射率的积分，与z轴距离为y的强度积分I(y)可表示为：其中，ε(r)是距z轴r处的局部发射率，当r≥R时，ε(r)＝0，R是等离子体半径，是距z轴处的局部发射率；进行Abel变换后得到：进行离散数值计算其中，式中，α＝1，n为等离子体对称轴一侧像素数，r_i＝iΔr(i＝0,1,...,n)，y_j＝jΔy(j＝0,1,...,n)，Δr和Δy代表数据间隔，J₀为第一类零阶贝塞尔函数，k为傅里叶变换引入的阶数。

2.等离子体中粒子分布的瞬态成像装置，其特征在于：在等离子体(1)的一侧用光纤(2)将等离子体荧光导入配有CCD(3)的光栅光谱仪(4)中，在等离子体(1)的另一侧，用分束镜(5)将等离子体(1)发出的荧光分为两束，一束荧光通过由第一透镜(7)、第二透镜(8)组成的第一光学4f系统和中心透射波长与待测粒子特征谱线相同的第一窄带滤光片(9)后，由第一门控相机(6)记录粒子谱线强度分布图像，另一束荧光通过由第三透镜(11)、第四透镜(12)组成的第二光学4f系统和中心透射波长与特征谱线波长尽可能接近且在其透射波长范围内不存在任何高强度谱线的第二窄带滤光片(13)后，由第二门控相机(10)记录连续背景发射强度图像。