CN115436330A - 一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统及其测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于检测领域，公开了一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统及其测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法。利用毫秒激光器(2)发射第一束脉冲激光，照射在靶样品(9)表面对靶样品(9)进行脉冲加热解吸附；利用纳秒激光器(1)发射第二束脉冲激光，汇聚在靶样品(9)表面的上方；对于收集到的氘气体进行激发电离，使靶样品(9)的氘气体形成等离子体产生发射谱线；利用光谱仪(7)对步骤3的等离子体的发射谱线进行收集并输出数据；对输出的数据，利用计算机(6)进行分析，得到曲线图，并对曲线图进行分析，得到氘滞留含量的相对分度。本发明针对现有技术中不利于实验的准确分析且会消耗更多的能量的问题。
Description
技术领域
本发明属于检测领域，具体涉及一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统及其测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法。
背景技术
激光诱导解吸附光谱是一种元素成分及含量的检测方法。传统的激光诱导解吸附光谱是利用激光器先对靶样品进行解吸附，然后利用等离子体源对解吸附出来的气体进行激发电离，使气体发射相应的谱线，利用光谱仪和计算机进行收集和分析，一般选用氩气作为等离子体源。
但这样往往会导致氩等离子源的发射谱线对解吸附气体的谱线形成干扰，不利于实验的准确分析，其次，实验中先对氩气进行激发电离形成等离子体源，再利用激发的等离子体源对解吸附气体进行激发电离来进行谱线的发射，这往往会消耗更多的能量。
发明内容
本发明提供一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统及其测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，针对现有技术中不利于实验的准确分析且会消耗更多的能量的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统，所述测量系统包括纳秒激光器1、毫秒激光器2、延迟脉冲发生器3、反射镜4、二向色镜5、计算机6、光谱仪7、汇聚透镜Ⅰ8、靶材料9、汇聚透镜Ⅱ10、移动平台11、高功率传输光纤12、ICCD13、汇聚透镜Ⅲ14、玻璃槽15和汇聚透镜Ⅳ16；
所述纳秒激光器1与延迟脉冲发生器3的一端相连接，所述延迟脉冲发生器 3的另一端分别与毫秒激光器2和光谱仪7相连接，所述纳秒激光器1的激光光线到达汇聚透镜Ⅲ14，所述纳秒激光器1的激光光线穿过汇聚透镜Ⅲ14、反射镜 4、二向色镜5、汇聚透镜Ⅰ8和玻璃槽15到达靶材料9；
所述毫秒激光器2的激光光线到达汇聚透镜Ⅳ16，所述毫秒激光器2的激光光线穿过汇聚透镜Ⅳ16到达二向色镜5，所述毫秒激光器2的激光光线穿过二向色镜5到达汇聚透镜Ⅰ8，所述毫秒激光器2的激光光线穿过汇聚透镜Ⅰ8到达玻璃槽15，所述毫秒激光器2的激光光线穿过玻璃槽15到达靶材料9，所述靶材料9安装在移动平台11上；
所述玻璃槽15内的光线经过汇聚透镜Ⅱ10汇聚后被光谱仪7接收，所述光谱仪7通过ICCD13与计算机6相连接。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统，所述靶材料9置于移动平台11 上，移动平台11由计算机6控制移动。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统，所述毫秒激光器2，用于发射毫秒脉冲激光，对靶样品9进行脉冲加热解吸附；
所述纳秒激光器1，用于发射纳秒脉冲激光，对靶样品上方的解吸附气体进行激发电离；
所述延迟脉冲发生器3，更改两束激光的发射时间间隔，以及光谱仪开始接收等离子体发射光的时间；
所述反射镜4，对纳秒激光器的激光进行反射，反射镜与水平轴的夹角为45 度；
所述二向色镜5，根据激光波长的不同对激光进行反射和透射，对毫秒激光器1064nm波长的激光进行透射，对纳秒激光器532nm波长的激光进行45度反射；
所述计算机6，对光谱仪得到的谱线进行分析处理，得到光谱波长随强度的变化关系；
所述光谱仪7，对激光诱导等离子的发射光进行收集；
所述汇聚透镜Ⅰ8，对激光器的发射激光进行汇聚，使得能量更加集中的和材料气体相互作用；
所述靶材料9，为托卡马克的器壁材料；
所述汇聚透镜Ⅱ10，对等离子体的发射光进行汇聚；
所述移动平台11，利用移动平台对靶材料的位置进行调节，使得激光器打到靶材料的不同位置；
所述高功率传输光纤12，对光线进行传输；
所述ICCD13，增强电荷耦合器件；
所述汇聚透镜Ⅲ14，对激光进行汇聚，更改激光的焦点的位置；
所述玻璃槽15，将毫秒激光器对材料解吸附的气体进行收集汇聚；
所述汇聚透镜Ⅳ16，对激光进行汇聚，更改激光的焦点的位置。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，利用如上述测量系统，所述测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法具体包括以下步骤：
步骤1：利用毫秒激光器2发射第一束脉冲激光，照射在靶样品9表面对靶样品9进行脉冲加热解吸附；
步骤2：利用纳秒短波激光器1发射第二束脉冲激光，汇聚在靶样品9表面的上方；
步骤3：对于步骤1收集到的氘气体进行激发电离，使靶样品9的氘气体形成等离子体产生发射谱线；
步骤4：利用光谱仪7对步骤3的等离子体的发射谱线进行收集并输出数据；
步骤5：对步骤4输出的数据，利用计算机6进行分析，得到曲线图，并对曲线图进行分析，得到氘滞留含量的相对分度。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述步骤1中第一束脉冲激光经汇聚透镜Ⅳ16、二向色镜透射5、汇聚透镜Ⅰ8、玻璃槽15照射在靶样品9表面；对靶材料9进行加热解吸附产生氘气体。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述步骤2中第二束脉冲激光，激光经汇聚透镜Ⅲ14、反射镜4、二向色镜5、汇聚透镜Ⅰ8、玻璃槽15、汇聚在靶样品9表面的上方。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述毫秒激光器2的脉冲能量选择在5-15J，输出波长为1064nm。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述纳秒激光器1的脉冲能量选择在200-400mJ，输出波长为532nm。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述步骤4具体为样品表面上方氘气产生的等离子体发射光经过汇聚透镜Ⅱ10和高功率传输光纤12耦合到光谱仪7和ICCD13中，光谱仪7和ICCD13将采集到的数据传输到计算机6中。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述步骤5具体为计算机6进行处理和分析得到光谱强度随波长变化的图像，在图像中挑选出Hα谱线对不同样品的Hα谱线的强度进行比较，得到Hα谱线强度的相对分布，即得到氘滞留含量的相对分度。
本发明的有益效果是：
本发明利用激光器对解吸附的气体进行直接的电离，可以消除等离子体源的发射谱线对气体谱线的干扰。
本发明利用激光器对解吸附气体进行直接的激发电离不需要二次电离，这样可以减少能量的消耗。
由于双脉冲检测具有远程、实时、高效等特点，利用本发明可以快速的实现对于托卡马克沉积层气体滞留情况的分析。
毫秒激光器的脉冲能量可以选择在5-15J，这个范围的能量可以有效的解吸附出来共沉积层中的气体，而不损伤共沉积层的表面。
纳秒激光器的能量可以选择在200-400mJ，这个范围的能量可以更好的对解吸附出来的气体进行激发电离，形成等离子体进而发射相应的谱线。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
采用纳秒毫秒双脉冲解析的方法对托卡马克器壁滞留的氘燃料进行探测，先对托卡马克不同位置处的共沉积层进行采样，然后利用毫秒激光器对共沉积层进行加热解吸附，使得共沉积层内的氘气体释放出来，用透明玻璃槽对解吸附出来的气体进行收集，其次，利用纳秒激光器对解吸附出来的气体进行激发电离，最后，利用光谱仪和计算机对气体的发射谱线进行收集和分析，找到不同样品的发射谱线的Hα线，根据不同样品Hα线的强度描绘出在托卡马克不同位置处氘滞留的相对分布。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统，所述测量系统包括纳秒激光器1、毫秒激光器2、延迟脉冲发生器3、反射镜4、二向色镜5、计算机6、光谱仪7、汇聚透镜Ⅰ8、靶材料9、汇聚透镜Ⅱ10、移动平台11、高功率传输光纤12、ICCD13、汇聚透镜Ⅲ14、玻璃槽15和汇聚透镜Ⅳ16；
所述纳秒激光器1与延迟脉冲发生器3的一端相连接，所述延迟脉冲发生器 3的另一端分别与毫秒激光器2和光谱仪7相连接，所述纳秒激光器1的激光光线穿过汇聚透镜Ⅲ14、反射镜4、二向色镜5、汇聚透镜Ⅰ8和玻璃槽15到达靶材料9；
所述毫秒激光器2的激光光线到达汇聚透镜Ⅳ16，所述毫秒激光器2的激光光线穿过汇聚透镜Ⅳ16到达二向色镜5，所述毫秒激光器2的激光光线穿过二向色镜5到达汇聚透镜Ⅰ8，所述毫秒激光器2的激光光线穿过汇聚透镜Ⅰ8到达玻璃槽15，所述毫秒激光器2的激光光线穿过玻璃槽15到达靶材料9，所述靶材料9安装在移动平台11上；
所述玻璃槽15内的光线经过汇聚透镜Ⅱ10汇聚后被光谱仪7接收，所述光谱仪7通过ICCD13与计算机6相连接。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统，所述靶材料9置于移动平台11 上，移动平台11由计算机6控制移动。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统，所述毫秒激光器2，用于发射毫秒脉冲激光，对靶样品9进行脉冲加热解吸附；
所述纳秒激光器1，用于发射纳秒脉冲激光，对靶样品上方的解吸附气体进行激发电离；
所述延迟脉冲发生器3，更改两束激光的发射时间间隔，以及光谱仪开始接收等离子体发射光的时间；
所述反射镜4，对纳秒激光器的激光进行反射，反射镜与水平轴的夹角为45 度；
所述二向色镜5，根据激光波长的不同对激光进行反射和透射，对毫秒激光器1064nm的波长进行透射，对纳秒激光器532nm的波长进行45度反射；
所述计算机6，对光谱仪得到的谱线进行分析处理，得到光谱波长随强度的变化关系；
所述光谱仪7，对激光诱导等离子的发射光进行收集；
所述汇聚透镜Ⅰ8，对激光器的发射激光进行汇聚，使得能量更加集中的和材料气体相互作用；
所述靶材料9，为托卡马克的器壁材料；
所述汇聚透镜Ⅱ10，对等离子体的发射光进行汇聚；
所述移动平台11，利用移动平台对靶材料的位置进行调节，使得激光器打到靶材料的不同位置；
所述高功率传输光纤12，对光线进行传输；
所述ICCD13，增强电荷耦合器件；
所述汇聚透镜Ⅲ14，对激光进行汇聚，更改激光的焦点的位置；
所述玻璃槽15，将毫秒激光器对材料解吸附的气体进行收集汇聚；
所述汇聚透镜Ⅳ16，对激光进行汇聚，更改激光的焦点的位置。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，利用上述测量系统，所述量托卡马克共沉积层中氘分布的方法具体包括以下步骤：
步骤1：利用毫秒激光器2发射第一束脉冲激光，照射在靶样品9表面对靶样品9进行脉冲加热解吸附；
步骤2：利用纳秒短波激光器1发射第二束脉冲激光，汇聚在靶样品9表面的上方；
步骤3：对于步骤1收集到的氘气体进行激发电离，使靶样品9的氘气体形成等离子体产生发射谱线；
步骤4：利用光谱仪7对步骤3的等离子体的发射谱线进行收集并输出数据；
步骤5：对步骤4输出的数据，利用计算机6进行分析，得到曲线图，并对曲线图进行分析，得到氘滞留含量的相对分度。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述步骤1中第一束脉冲激光经汇聚透镜Ⅳ16、二向色镜透射5、汇聚透镜Ⅰ8、玻璃槽15照射在靶样品9表面；对靶材料9进行加热解吸附产生氘气体。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述步骤2中第二束脉冲激光，激光经汇聚透镜Ⅲ14、反射镜4、二向色镜5、汇聚透镜Ⅰ8、玻璃槽15、汇聚在靶样品9表面的上方。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述毫秒激光器2的脉冲能量选择在5-15J，输出波长为1064nm。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述纳秒激光器1的脉冲能量选择在200-400mJ，输出波长为532nm。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述步骤4具体为样品表面上方氘气产生的等离子体发射光经过汇聚透镜Ⅱ10和高功率传输光纤12耦合到光谱仪7和ICCD13中，光谱仪7和ICCD13将采集到的数据传输到计算机6中。
一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，所述步骤5具体为计算机6进行处理和分析得到光谱强度随波长变化的图像，在图像中挑选出Hα谱线对不同样品的Hα谱线的强度进行比较，得到Hα谱线强度的相对分布，即得到氘滞留含量的相对分度。
Claims (10)
1.一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统，其特征在于，所述测量系统包括纳秒激光器(1)、毫秒激光器(2)、延迟脉冲发生器(3)、反射镜(4)、二向色镜(5)、计算机(6)、光谱仪(7)、汇聚透镜Ⅰ(8)、靶材料(9)、汇聚透镜Ⅱ(10)、移动平台(11)、高功率传输光纤(12)、ICCD(13)、汇聚透镜Ⅲ(14)、玻璃槽(15)和汇聚透镜Ⅳ(16)；
所述纳秒激光器(1)与延迟脉冲发生器(3)的一端相连接，所述延迟脉冲发生器(3)的另一端分别与毫秒激光器(2)和光谱仪(7)相连接，所述纳秒激光器(1)的激光光线到达汇聚透镜Ⅲ(14)，所述纳秒激光器(1)的激光光线穿过汇聚透镜Ⅲ(14)，所述纳秒激光器(1)的激光光线穿过汇聚透镜Ⅲ(14)、反射镜(4)、二向色镜(5)、汇聚透镜Ⅰ(8)和玻璃槽(15)到达靶材料(9)；
所述毫秒激光器(2)的激光光线到达汇聚透镜Ⅳ16，所述毫秒激光器(2)的激光光线穿过汇聚透镜Ⅳ16到达二向色镜(5)，所述毫秒激光器(2)的激光光线穿过二向色镜(5)到达汇聚透镜Ⅰ(8)，所述毫秒激光器(2)的激光光线穿过汇聚透镜Ⅰ(8)到达玻璃槽(15)，所述毫秒激光器(2)的激光光线穿过玻璃槽(15)到达靶材料(9)，所述靶材料(9)安装在移动平台(11)上；
所述玻璃槽(15)内的光线经过汇聚透镜Ⅱ(10)汇聚后被光谱仪(7)接收，所述光谱仪(7)通过ICCD(13)与计算机(6)相连接。
2.根据权利要求1所述一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统，其特征在于，所述靶材料(9)置于移动平台(11)上，移动平台(11)由计算机(6)控制移动。
3.根据权利要求1所述一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量系统，其特征在于，所述毫秒激光器(2)，用于发射毫秒脉冲激光，对靶样品(9)进行脉冲加热解吸附；
所述纳秒激光器(1)，用于发射纳秒脉冲激光，对靶样品上方的解吸附气体进行激发电离；
所述延迟脉冲发生器(3)，更改两束激光的发射时间间隔，以及光谱仪开始接收等离子体发射光的时间；
所述反射镜(4)，对纳秒激光器的激光进行反射，反射镜与水平轴的夹角为45度；
所述二向色镜(5)，根据激光波长的不同对激光进行反射和透射，对毫秒激光器1064nm波长的激光进行透射，对纳秒激光器532nm波长的激光进行45度反射；
所述计算机(6)，对光谱仪得到的谱线进行分析处理，得到光谱波长随强度的变化关系；
所述光谱仪(7)，对激光诱导等离子的发射光进行收集；
所述汇聚透镜Ⅰ(8)，对激光器的发射激光进行汇聚，使得能量更加集中的和材料气体相互作用；
所述靶材料(9)，为托卡马克的器壁材料；
所述汇聚透镜Ⅱ(10)，对等离子体的发射光进行汇聚；
所述移动平台(11)，利用移动平台对靶材料的位置进行调节，使得激光器打到靶材料的不同位置；
所述高功率传输光纤(12)，对光线进行传输；
所述ICCD(13)，增强电荷耦合器件；
所述汇聚透镜Ⅲ(14)，对激光进行汇聚，更改激光的焦点的位置；
所述玻璃槽(15)，将毫秒激光器对材料解吸附的气体进行收集汇聚；
所述汇聚透镜Ⅳ(16)，对激光进行汇聚，更改激光的焦点的位置。
4.一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，其特征在于，利用如权利要求1-3任一所述测量系统，所述测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法具体包括以下步骤：
步骤1：利用毫秒激光器(2)发射第一束脉冲激光，照射在靶样品(9)表面对靶样品(9)进行脉冲加热解吸附；
步骤2：利用纳秒短波激光器(1)发射第二束脉冲激光，汇聚在靶样品(9)表面的上方；
步骤3：对于步骤1收集到的氘气体进行激发电离，使靶样品(9)的氘气体形成等离子体产生发射谱线；
步骤4：利用光谱仪(7)对步骤3的等离子体的发射谱线进行收集并输出数据；
步骤5：对步骤4输出的数据，利用计算机(6)进行分析，得到曲线图，并对曲线图进行分析，得到氘滞留含量的相对分度。
5.根据权利要求4所述一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，其特征在于，所述步骤1中第一束脉冲激光经汇聚透镜Ⅳ(16)、二向色镜透射(5)、汇聚透镜Ⅰ(8)、玻璃槽(15)照射在靶样品(9)表面；对靶材料(9)进行加热解吸附产生氘气体。
6.根据权利要求4所述一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，其特征在于，所述步骤2中第二束脉冲激光，激光经汇聚透镜Ⅲ(14)、反射镜(4)、二向色镜(5)、汇聚透镜Ⅰ(8)、玻璃槽(15)、汇聚在靶样品(9)表面的上方。
7.根据权利要求4所述一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，其特征在于，所述毫秒激光器(2)的脉冲能量选择在5-15J，输出波长为1064nm。
8.根据权利要求4所述一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，其特征在于，所述纳秒激光器(1)的脉冲能量选择在200-400mJ，输出波长为532nm。
9.根据权利要求4所述一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，其特征在于，所述步骤4具体为样品表面上方氘气产生的等离子体发射光经过汇聚透镜Ⅱ(10)和高功率传输光纤(12)耦合到光谱仪(7)和ICCD(13)中，光谱仪(7)和ICCD(13)将采集到的数据传输到计算机(6)中。
10.根据权利要求4所述一种双脉冲激光诱导解吸附光谱测量托卡马克共沉积层中氘分布的方法，其特征在于，所述步骤5具体为计算机(6)进行处理和分析得到光谱强度随波长变化的图像，在图像中挑选出Hα谱线对不同样品的Hα谱线的强度进行比较，得到Hα谱线强度的相对分布，即得到氘滞留含量的相对分度。
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|---|
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Also Published As
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