CN109085476A - 纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法 - Google Patents

纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109085476A
CN109085476A CN201811094719.0A CN201811094719A CN109085476A CN 109085476 A CN109085476 A CN 109085476A CN 201811094719 A CN201811094719 A CN 201811094719A CN 109085476 A CN109085476 A CN 109085476A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
breakdown
high speed
micro
electric discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811094719.0A
Other languages
English (en)
Inventor
孟国栋
成永红
应琪
朱博文
董承业
王科镜
李南
高新宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201811094719.0A priority Critical patent/CN109085476A/zh
Publication of CN109085476A publication Critical patent/CN109085476A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1218—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using optical methods; using charged particle, e.g. electron, beams or X-rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/92—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating breakdown voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
    • G01R31/1281—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of liquids or gases

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明公开了纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法，包括纳秒脉冲电源，纳米脉冲电源连接到真空实验腔体，真空实验腔体中放置纳米位移平台，纳秒位移平台连接微米尺金属电极，腔壁顶端处装有观察窗，观察窗上方有光学显微镜用于放电光学图像的放大，光学显微镜连接高速ICCD相机进行瞬态图像的拍摄，经过计算机进行图像数据的记录。本发明建立了纳秒脉冲下微米间隙击穿电气测试实验系统并建立微间隙击穿光学诊断系统，用于观测、诊断纳秒脉冲下微间隙击穿机理。

Description

纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法
技术领域
本发明涉及短间隙气体击穿研究中放电瞬态过程的光学诊断装置及方法，具体涉及纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法。
背景技术
随着对客观世界的认识从宏观发展到介观、微观，微米、纳米甚至分子尺度的物理结构和电子器件相继出现，并在民用和军事领域得到了越来越广泛的应用。然而，随着物理尺寸的不断减小，集成度的逐步提高，这些微纳尺度的物理结构和电子器件面临了更加严峻的工作环境，当遭受到系统内部过电压或外部强电磁干扰时，极易引起这种具有微小尺度结构的器件或系统的功能紊乱甚至绝缘失效。一方面，真空电子器件、高功率脉冲设备小型化以及紧凑型直线对撞机等高能粒子实验装置面临极端高场强下微纳尺度介电系统绝缘可靠性问题。例如，世界上最大型的粒子物理学实验室-欧洲核子研究中心CERN设计运行的紧凑型直线加速对撞机CLIC(Compact Linear Collider)，其内部的电气绝缘结构需要承受至少108V/m的极高场强。另一方面，以纳米级结构所产生的新效应(量子效应、界面效应和纳米尺度效应等)为工作特征的微纳电子器件和系统，在生命科学、环境科学、空间技术、信息技术及能源存储等众多领域有着广泛的应用。例如，利用静电驱动的MEMS(Microelectro mechanical systems)开关，其开关间隙存在极高场强(107V/m量级)，极易产生场致电子发射甚至介电击穿，进而导致器件的失效和物理损伤。因此，准确的预测和评价微纳尺度电气电子结构的介电强度以及失效机制对于预防微尺度放电击穿或实现可控的放电击穿都是至关重要的。而研究发现，物理尺度的降低带来的新效应新现象远远超出宏观尺度物理规律范畴，已无法用宏观的物理规律分析和解释，这就需要对该尺度范围内的放电击穿特性及其物理机制开展更为深入的研究和分析。
纳秒脉冲下微尺度间隙击穿特性的实验研究，首先要解决微间隙击穿特性的实验技术问题，其中电学测试技术比较容易实现，而对击穿过程的研究通常需要光学诊断技术。相对于宏观尺度的放电击穿过程的光学诊断，微米尺度范围的主要特点是：(1)纳秒脉冲下微间隙击穿发展时间短：微米间隙的击穿由于间隙小导致其击穿起始到发展进而贯穿整个间隙时间短，约几十纳秒即完成了整个间隙的击穿，且发光时间持续短，这就要求光学观测系统有良好的时间分辨率，从而才能对放电整个过程进行观测和记录。(2)击穿发光弱：微米间隙在电压较小就开始发生击穿，击穿电流较小，其发光强度较弱，这就要求光学观测系统有较高的灵敏度，能对微弱光信号进行检测。(3)击穿发光区域小：微米间隙的击穿发光区域只是在两电极中间数微米的区域，这就要求光学观测系统有较高的空间分辨率。因此，如何设计并实现微间隙击穿光学诊断系统，对纳秒脉冲下微间隙击穿机制的研究非常重要。
发明内容
本发明的目的在于提供纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法，本发明针对纳秒脉冲下微间隙击穿特性研究，建立微间隙击穿电气测试和光学诊断系统，用于研究气隙放电路径变化情况、击穿过程中不同时期发光成像情况，为研究和探索纳秒脉冲下微间隙放电击穿特性及其物理机制提供重要的实验技术支持。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置，包括纳秒脉冲电压源，纳秒脉冲电压源的输出端通过限流电阻连接至真空实验腔体，真空实验腔体上连接有机械泵，真空实验腔体中对称设置有一对纳米位移平台，两个纳米位移平台上均连接有微米尺度金属电极，真空实验腔体上设置有正对两个微米尺度金属电极之间间隙的观察窗，观察窗正上方设置光学显微镜，光学显微镜上连接有高速ICCD相机，高速ICCD相机连接至计算机，所述纳秒脉冲电压源和高速ICCD相机均连接至函数信号发生器，还包括示波器，示波器一路通过电压衰减测量探头连接到微米尺度金属电极，另一路连接到电流测量线圈，电流测量线圈套在微米尺度金属电极的接地端。
进一步地，所述微米尺度金属电极为钨电极。
进一步地，纳秒脉冲电压源相互连接的直流高压电源和高速高压开关，且高速高压开关连接在直流高压电源和限流电阻之间，函数信号发生器与高速高压开关相连。
进一步地，所述直流高压电源为HB-Z502-20A型直流高压电源，高速高压开关为BEHLKE HTS高速高压开关。
进一步地，所述光学显微镜通过适配法兰与高速ICCD相机相连。
进一步地，所述函数信号发生器为Tektronix AFG3102C函数信号发生器。
一种采用上述的纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置的方法，包括以下步骤：
步骤一：在光学显微镜的辅助下，通过调节纳米位移平台使两侧的微米尺度金属电极位于同一水平位置，并且实现不同间隙距离的控制；
步骤二：利用机械泵调节真空实验腔体的气压，或在真空实验腔体充入不同类型气体；
步骤三：设置函数信号发生器两路触发信号的时延，其中一路触发纳秒脉冲电压源输出设定脉宽的高压脉冲，在微米尺度金属电极两端施加高压脉冲激励，产生放电击穿，微米尺度金属电极两端的脉冲击穿电压信号通过电压衰减测量探头采集到示波器中，得到击穿过程中的电压信号；同时另一路触发高速ICCD相机的快门开启，捕捉并采集该时刻的放电击穿光学形貌，并通过连接的计算机进行图像数据的记录，从而完成一次微米尺度放电击穿瞬态过程的电学参数测试和光学观测实验。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明装置设置函数信号发生器两路触发信号的时延，其中一路触发纳秒脉冲电压源输出设定脉宽的高压脉冲，在微米尺度金属电极两端施加高压脉冲激励，产生放电击穿，同时另一路触发高速ICCD相机的快门开启，捕捉并采集该时刻的放电击穿光学形貌，并通过连接的计算机进行图像数据的记录，从而完成一次微米尺度放电击穿瞬态过程的光学观测实验；与此同时，微米尺度金属电极两端的脉冲击穿电压信号通过电压衰减测量探头采集到示波器中，得到击穿过程中的电压信号，从而实现微米尺度放电击穿瞬态过程的电学参数测试，可用于研究间隙宽度、电极形状、气体氛围等对微米间隙纳秒脉冲体击穿特性的影响，并且可用于研究气隙放电路径变化情况、击穿过程中不同时期发光成像情况及谱线变化情况，并对纳秒脉冲下微间隙击穿机理进行进一步探究，另外本发明通过加入一个限流电阻消除过冲的影响，同时摒弃了传统的基底表面镀层金属结构，而采用自制密封腔体用于放置悬空电极并进行不同气氛下的测试，可实现不同工作气体，不同压强，不同放电结构的放电过程光学观测研究。
本发明方法针对纳秒脉冲下微间隙击穿特性研究，建立微间隙击穿电气测试和光学诊断系统，用于研究气隙放电路径变化情况、击穿过程中不同时期发光成像情况，为研究和探索纳秒脉冲下微间隙放电击穿特性及其物理机制提供重要的实验技术支持。
附图说明
图1为纳秒级时间分辨率/微米级空间分辨率的放电瞬态过程光学观测装置；
图2为光学放大及成像示意图；
图3为电学和光学回路触发信号时序图。
其中：1、光学显微镜；2、纳秒脉冲电压源；3、适配法兰；4、真空实验腔体；5、纳米位移平台；6、机械泵；7、微米尺度金属电极；8、观察窗；9、高速ICCD相机；10、函数信号发生器；11、示波器；12、电压衰减测量探头；13、计算机；14、直流高压电源；15、电流测量线圈；16、高速高压开关；17、限流电阻；18、目镜；19、内部光源；20、偏振镜；21、分束镜22、物镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1至图3，一种纳秒级时间分辨率/微米级空间分辨率的放电瞬态过程光学观测装置，包括纳秒脉冲电压源2，纳秒脉冲电压源2由直流高压电源14和高速高压开关16组成，纳秒脉冲电压源2的输出连接到限流电阻16，限流电阻17连接到真空实验腔体4，真空实验腔体4与机械泵6相连，真空实验腔体4中放置纳米位移平台5，纳秒位移平台5连接微米尺度金属电极7，真空实验腔体4顶端处装有石英玻璃观察窗8，观察窗8上方放置高倍率的光学显微镜1，光学显微镜主要由物镜22，目镜18，内部光源19，偏振镜20和分束镜21组成，光学显微镜1通过适配法兰3与高速ICCD相机9相连接，高速ICCD相机9连接至计算机13实现图像数据的采集和记录，同时纳秒脉冲电压源2和高速ICCD相机9分别与函数信号发生器10相连接，示波器11通过电压衰减测量探头12连接到微米尺度金属电极7，另一路连接到电流测量线圈15，电流测量线圈15套在微米尺度金属电极7的接地端。
纳秒脉冲电压源2用以实现稳定输出的快脉冲高压信号，所述的微米尺度金属电极7通过纳米位移平台5进行控制，并通过高倍率光学显微镜1进行实时的观察和测量，实现精度可达到0.1μm的间距调节，所述的真空实验腔体4通过连接机械泵6实现不同气压情况下的实验测试，同时，通过加载不同的气体实现不同气氛环境下的实验测试。
纳秒脉冲电压源是由HB-Z502-20A型直流高压电源、Tektronix AFG3102C函数信号发生器和BEHLKE HTS系列高速开关共同组成。正常情况下，直流电源产生幅值可调的高电平电压信号，高速开关处于断开状态，此时电源系统无信号输出。当高速开关接收到函数发生器发出的触发信号后，开关开始工作，关断固定时长500ns后再次断开，即可在系统输出端得到一个幅值可调、脉宽稳定为500ns的高压脉冲信号。
在未对自建纳秒脉冲源电路进行改进时其输出电压波形有较大的过冲以及抖动剧烈的平顶。针对于出现的波形干扰，实验电路采取了以下减少干扰方法。开关关断过程中引起电路结构一系列变换，不可避免的会引入电压过冲，电路中加入一个匹配电阻消除过冲的影响。
本实验以直径为500μm钨棒作为电极的原始材料，形成针尖形状电极，并将所得的钨针电极前端熔融成球状，能进行不同电极形貌下的微米间隙击穿特性实验。
本实验摒弃了传统的基底表面镀层金属结构，而采用自制密封腔体用于放置悬空电极并进行不同气氛下的测试。
气隙击穿的发光情况与发射光谱的收集都是通过观察窗完成的，腔体内部抽真空或是充入不同气氛时，采用透光率良好的石英玻璃作为观察窗，并用非固化的硅橡胶密封缝隙。
本实验采用不同宽度的电极间距从1μm到25μm，因此精确调节电极间隙很有必要。本实验采用真空实验腔，内置压电陶瓷控制位移台，在高倍率显微镜的协同下实现电极间隙的精确调节，精度可达到10nm。
控制光学回路和电学回路之间的延迟，保证击穿发光的一瞬间ICCD相机开始拍摄，因此必须精确控制两路触发信号的延迟。
一种纳秒级时间分辨率微米级空间分辨率的放电瞬态过程光学观测方法，包括以下步骤：
(1)实验前先通过电子扫描显微镜观测电极SEM图像记录电极表面情况，选用表面情况相同的电极进行实验，取电极间距为20μm的针-针电极，并在试样两端加上略高于实际击穿电压的激励；
(2)当高速高压开关接收到函数发生器发出的触发信号后，开关开始工作，关断固定时长500ns后再次断开，即在系统输出端得到一个幅值可调、脉宽稳定为500ns的高压脉冲信号；
(3)将电极置于真空实验腔体中，真空实验腔体放置在偏光显微镜物镜下，调节载物台高度使试样电极间隙处位于物镜焦面上，通过显微镜内置的光源和高速ICCD相机拍摄试样表面对电极在显微镜视野中进行坐标定位。封闭两侧舱门，在腔体充入不同气体进行不同气氛下的击穿实验；
(4)在气体放电光学观测过程中，微米尺度的放电通道进入高倍率显微镜进行光学放大，然后进入高速ICCD相机，光子信号转换为电信号后，由计算机实时读取相关数据，实现放电过程的光学成像。
本发明纳秒脉冲下微间隙击穿的电气测试实验测量精度高：微间隙的击穿间隙小，任何一点微小的系统误差均会导致实验结果的较大偏差，这就要求实验过程中要有极高的精度，实验条件等环境因素必须保证一致，实验结果也需经过多次测试排除偶然因素。电极尺寸效应明显：微间隙电极间距极小，与宏观电极击穿不同，需要考虑到电极表面形貌形状等因素的影响，因此必须保证电极的表面状况良好以及电极的可重复使用性。
本发明纳秒脉冲下微间隙击穿的光学观测击穿发展时间短：微米间隙的击穿由于间隙小导致其击穿起始到发展进而贯穿整个间隙时间短，约几十纳秒即完成了整个间隙的击穿，且发光时间持续短，这就要求光学观测系统有良好的时间分辨率，从而才能对放电整个过程进行观测和记录。击穿发光弱：微米间隙在电压350V就开始发生击穿，击穿电流较小，其发光强度较弱，这就要求光学观测系统有较高的灵敏度，能对微弱光信号进行检测。击穿发光区域小：微米间隙的击穿发光区域只是在两电极中间数微米的区域，这就要求光学观测系统有较高的空间分辨率。
下面对本发明的操作过程做详细描述：
第一、高速高压开关是帮助产生脉冲信号源的设备。高压直流源将直流信号输入高速高压开关入口，无触发信号输入时，开关处于闭合状态，试样被短路，电源给充电电容充电，整个系统无电压输出；接收到触发信号后，开关断开固定时间为500ns，电容通过限流电阻和匹配电阻对试样放电，系统输出端可输出等同于电源电压幅值、脉宽为500ns的脉冲信号。
1)根据测量要求，选取电极间距为20μm的针-针电极，并在试样两端加上略高于实际击穿电压的激励，保证更清晰的记录击穿时刻微米间隙发光成像和光谱捕捉。
2)根据测量要求，使试样电极间隙处位于物镜焦面上；
3)根据测量要求，系统输出端输出等同于电源电压幅值、脉宽为500ns的脉冲信号；
4)所述高速ICCD相机设置为单次外触发模式，设置与放电时间和快门宽相应的曝光时间；
5)所述ICCD将光子信号转换为电信号后，由计算机实时读取相关数据，经过相关处理和分析。
第二、腔体左右舱室放置两个位移台，电极由固定在位移台上的铝棒引出至观察口处，电极系统的三维位置即可由位移台控制，精度可达到10nm，满足实验精度需求，通过光学显微镜校正，电极尖端悬空放置。腔体壁上设置数个法兰接口，两个接入位移台的控制线，两个接电极引出线，最后两个接进出气管。为了方便光学观测，在腔壁顶端嵌入一块石英玻璃，周围用非固化的硅橡胶密封，既能保证腔体的气密性，又能方便的更换电极，另外，石英玻璃的透光性良好，且不会吸收可见光的波段，以便于光学成像结果被相机接收分析处理。实验过程中，在光学显微镜下通过位移台将电极间隙调至目标宽度，封闭两侧舱门，在腔体充入不同气体即可进行不同气氛下的击穿实验。真空实验腔体可以达到以下功能：可精确调节电极间隙；可进行不同气氛下的微间隙击穿实验；可对放电过程中的发光情况记录。
第三、实验开始时高倍率显微镜接收电极击穿过程中的发光情况，根据电极间隙的大小，分别选取500X或1000X的放大倍数。发光信号经过放大之后馈入ICCD相机，在ICCD光电传感器上转换为电信号后，经由计算机实时读取相关数据，实现放电过程的光学成像。
第四、函数信号发生器两路输出延迟分别为CH1X，CH2Y可调节，光学回路与电学回路的固有延迟分别为a和b，因此只需满足式子a+X＝b+Y，即可满足延时需求。且经过多次试验证明a和b为常数，因此只需调整两路输出延迟ΔT＝X-Y即可。此值为41ns时刚好可以拍摄到发光图像。减小ΔT，可以得到不同击穿时刻的发光图。若曝光时间设置太长，覆盖整个发光周期，没有任何意义；若曝光时间太短，照片效果不好，最后设置曝光时间为5ns，每次延时调节步长为5ns。
第五、实验前先通过电子扫描显微镜观测试样SEM图像记录电极表面情况，选用表面情况相同的电极进行实验，为了能更清晰的记录击穿时刻微米间隙发光成像和光谱捕捉，选取电极间距为20μm的针-针电极，并在试样两端加上略高于实际击穿电压的激励；将试样置于腔体中，腔体放置在偏光显微镜物镜下，调节载物台高度使试样电极间隙处位于物镜焦面上，通过显微镜内置的光源和高速ICCD相机拍摄试样表面对电极在显微镜视野中进行坐标定位。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置，其特征在于，包括纳秒脉冲电压源(2)，纳秒脉冲电压源(2)的输出端通过限流电阻(17)连接至真空实验腔体(4)，真空实验腔体(4)上连接有机械泵(6)，真空实验腔体(4)中对称设置有一对纳米位移平台(5)，两个纳米位移平台(5)上均连接有微米尺度金属电极(7)，真空实验腔体(4)上设置有正对两个微米尺度金属电极(7)之间间隙的观察窗(8)，观察窗(8)正上方设置光学显微镜(1)，光学显微镜(1)上连接有高速ICCD相机(9)，高速ICCD相机(9)连接至计算机(13)，所述纳秒脉冲电压源(2)和高速ICCD相机(9)均连接至函数信号发生器(10)，还包括示波器(11)，示波器(11)一路通过电压衰减测量探头(12)连接到微米尺度金属电极(7)，另一路连接到电流测量线圈(15)，电流测量线圈(15)套在微米尺度金属电极(7)的接地端。
2.根据权利要求1所述的纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置，其特征在于，所述微米尺度金属电极(7)为钨电极。
3.根据权利要求1所述的纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置，其特征在于，纳秒脉冲电压源(2)相互连接的直流高压电源(14)和高速高压开关(16)，且高速高压开关(16)连接在直流高压电源(14)和限流电阻(17)之间，函数信号发生器(10)与高速高压开关(16)相连。
4.根据权利要求3所述的纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置，其特征在于，所述直流高压电源(14)为HB-Z502-20A型直流高压电源，高速高压开关(16)为BEHLKEHTS高速高压开关。
5.根据权利要求1所述的纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置，其特征在于，所述光学显微镜(1)通过适配法兰(3)与高速ICCD相机(9)相连。
6.根据权利要求1所述的纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置，其特征在于，所述函数信号发生器(10)为Tektronix AFG3102C函数信号发生器。
7.一种采用权利要求1所述的纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在光学显微镜(1)的辅助下，通过调节纳米位移平台(5)使两侧的微米尺度金属电极(7)位于同一水平位置，并且实现不同间隙距离的控制；
步骤二：利用机械泵(6)调节真空实验腔体(4)的气压，或在真空实验腔体(4)充入不同类型气体；
步骤三：设置函数信号发生器(10)两路触发信号的时延，其中一路触发纳秒脉冲电压源(2)输出设定脉宽的高压脉冲，在微米尺度金属电极(7)两端施加高压脉冲激励，产生放电击穿，微米尺度金属电极(7)两端的脉冲击穿电压信号通过电压衰减测量探头(12)采集到示波器(11)中，得到击穿过程中的电压信号；同时另一路触发高速ICCD相机(9)的快门开启，捕捉并采集该时刻的放电击穿光学形貌，并通过连接的计算机(13)进行图像数据的记录，从而完成一次微米尺度放电击穿瞬态过程的电学参数测试和光学观测实验。
CN201811094719.0A 2018-09-19 2018-09-19 纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法 Pending CN109085476A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811094719.0A CN109085476A (zh) 2018-09-19 2018-09-19 纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811094719.0A CN109085476A (zh) 2018-09-19 2018-09-19 纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109085476A true CN109085476A (zh) 2018-12-25

Family

ID=64841831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811094719.0A Pending CN109085476A (zh) 2018-09-19 2018-09-19 纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109085476A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109521342A (zh) * 2018-12-29 2019-03-26 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统
CN109922285A (zh) * 2019-03-08 2019-06-21 上海华力微电子有限公司 一种诊断射频等离子体模式转变的方法及其系统
CN111830374A (zh) * 2020-06-22 2020-10-27 重庆大学 基于极性效应变化点的液体放电电压极性优化方法
CN112240977A (zh) * 2019-07-17 2021-01-19 香港中文大学 纳米发电机有效最大能量输出的测量方法及数据处理方法
CN113533294A (zh) * 2021-05-31 2021-10-22 浙江大学 基于纳米间隙电极对下的时域、空域和谱域单分子表征装置
CN115267449A (zh) * 2022-07-11 2022-11-01 哈尔滨理工大学 一种大气压下微间隙空气放电光谱诊断系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105606572A (zh) * 2016-01-15 2016-05-25 上海交通大学 测量纳秒脉冲火花放电等离子体发射光谱的系统
CN108279115A (zh) * 2018-04-28 2018-07-13 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置及方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105606572A (zh) * 2016-01-15 2016-05-25 上海交通大学 测量纳秒脉冲火花放电等离子体发射光谱的系统
CN108279115A (zh) * 2018-04-28 2018-07-13 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
中国科协学会学术部: "《大气压放电等离子体核心关键技术及应用前景 新观点新学说学术沙龙文集 66》", 31 October 2013, 北京：中国科学技术出版社 *
孟国栋等: "基于 FIB-SEM 双束系统的纳尺度真空间隙电学特性原位实验装置", 《电子显微学报》 *
成永红等: "微纳尺度电气击穿特性和放电规律研究综述", 《电工技术学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109521342A (zh) * 2018-12-29 2019-03-26 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种通过光学方法记录和诊断开关击穿的方法及系统
CN109922285A (zh) * 2019-03-08 2019-06-21 上海华力微电子有限公司 一种诊断射频等离子体模式转变的方法及其系统
CN112240977A (zh) * 2019-07-17 2021-01-19 香港中文大学 纳米发电机有效最大能量输出的测量方法及数据处理方法
CN111830374A (zh) * 2020-06-22 2020-10-27 重庆大学 基于极性效应变化点的液体放电电压极性优化方法
CN113533294A (zh) * 2021-05-31 2021-10-22 浙江大学 基于纳米间隙电极对下的时域、空域和谱域单分子表征装置
CN115267449A (zh) * 2022-07-11 2022-11-01 哈尔滨理工大学 一种大气压下微间隙空气放电光谱诊断系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109085476A (zh) 纳秒时间分辨/微米空间分辨的放电光学观测装置及方法
CN106771344B (zh) 高速稀薄气体流场的单束激光多维速度测量系统及方法
US6366100B1 (en) Apparatus and method for testing circuit board
CN108279115B (zh) 基于脉冲放电的高超稀薄流场时空演化诊断装置及方法
CN104698332B (zh) 基于激光成像的电弧与触头运动过程的同步测量装置及方法
JP3914052B2 (ja) レーザー生成プラズマについての光学放出分光測定による元素分析装置
CA1220559A (en) Noncontact dynamic tester for integrated circuits
CN110275096A (zh) 绝缘子表面缺陷局部放电检测装置及检测方法
CN107064111A (zh) 高重频激光剥离‑火花诱导击穿光谱元素分析系统及方法
JPS5841337A (ja) 発光現象の測定装置
Egorov et al. " PICO-4" Single Event Effects Evaluation and Testing Facility Based on Wavelength Tunable Picosecond Laser
CN103713003A (zh) 测试闪烁材料余辉的装置及方法
CN110618360A (zh) 一种液体电介质的雷电冲击放电试验系统
RU169301U1 (ru) Аппаратно-программный комплекс для исследования радиационной стойкости быстродействующих интегральных схем на основе Si и GaAs к воздействию отдельных заряженных частиц на основе лазерного источника фемтосекундных импульсов
CN113008849A (zh) 紫外-近红外宽波段微区光致发光光谱测试装置
CN106092931B (zh) 一种可成像扫描的激光闪光光解仪装置
CN103529643B (zh) 一种纳米图形化系统及其光响应特性检测装置
JP3661633B2 (ja) 電子ビームテストシステム及び電子ビームテスト方法
JPS6117075A (ja) 集積回路の検査法
Meng et al. In-situ optical observation of dynamic breakdown process across microgaps at atmospheric pressure
CN206193443U (zh) 一种太赫兹驱动的亚飞秒时间分辨条纹相机
CN114674808A (zh) 基于外场增强的飞秒激光诱导击穿光谱深度检测系统
CN207923721U (zh) 一种libs检测系统
CN207036695U (zh) 高重频激光剥离‑火花诱导击穿光谱元素分析系统
Hilbert et al. Electro-optical detection method of partial discharges processes

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181225

RJ01 Rejection of invention patent application after publication