第35卷，第10期 2015年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
高速时空分辨光谱仪的构建及其在水中纳秒脉冲火花放电光谱诊断中的应用
牛志文，晏现峰，李书翰，温小琼“，刘金远
Vol.35,No.10 -pp2911-2915
October，2015
大连理工大学物理与光电工程学院三束材料表面改性教育部重点实验室，辽宁大连116024
摘要近年来对水中高压脉冲放电等离子体特性的诊断研究越来越受到重视。测量单个放电脉冲放电等离子体的时间-空分辨发射光谱，有助于研究水中脉冲放电等离子体的时空演化动力学特性和规律。在本研究中将四分幅超高速相机和单色仪结合，构建了一种跟踪单个放电脉冲的高速时空分辨光谱仪，开发了相应的光谱分析软件。用波长632.8nm的He-Ne激光器，在1200g·mm-刻线光栅条件下对光谱仪的性能进行了测试。结果表明：对应He-Ne氮氛激光632.8nm谱线的像素分辨率为0.013nm。在曝光时间20 ns时，单色仪狭缝宽度0.2mm时632.8nm谱线的仪器展宽为(0.150士0.009)nm，仪器展宽随着狭缝宽度的增加呈现增大趋势。曝光时间的变化不会引起仪器展宽的变化，能够确保在调节相机曝光时间的过程中不影响光谱仪性能。利用该高速分辨光谱仪对水中纳秒火花放电发射光谱进行广测量，单次赚光获得广单一脉冲放电等离子体时空演化光谱。今后进一步完善实验室的电路条件消除放电干扰，可以对单个放电脉
冲进行更细致的测量，为研究单个放电脉冲等离子体参数的时空演化特性提供良好的技术手段，关键词超高速相机：单色仪：单个放电脉冲：时空演化光谱
中图分类号：0536文献标识码：A
引言
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593 (2015 )10-2911-05
特性参数。这样的等离子体特性参数不能反映单个放电脉冲放电中等离子体的时间-空间演化的动态特征，不便于研究水中脉冲放电等离子体的时空演化动力学特性和规律。
水中高压脉冲放电在水中有机污染物的无害化处理汀、水的消毒杀菌3和纳米材料制备等领域具有潜在的应用前景，已经引起多学科广泛的关注5.。在水中高压脉冲放电过程中会产生高电场、冲击波、紫外光、化学活性粒子（0H，H2O：，O2，O:)等物理和化学过程79]。研究放电等离子体的特性参数与这些物理化学过程的关系有重要的意义，近年来对水中高压脉冲放电等离子体特性的诊断研究越来越受到重视[10]。
发射光谱测量作为等离子体诊断的重要手段，在水中脉冲放电等离子体特性诊断经常被使用，提供了很多水中脉冲放电等离子体特性参数的参考数据1.12]。由于水中脉冲放电的可重复性较差以及光谱仪器的限制，自前水中脉冲放电特别是纳秒脉冲等离子体的发射光谱的测量都是测量数百或者数千个放电脉冲的时间累积光谱，比如：Bruggman等通过测量数分钟脉冲放电累积光谱3研究水中放电等离子体的
收稿日期：2014-07-21，修订日期：2014-11-26
为了能够对单个放电脉冲的发射光谱的时空演化进行测
量研究，本研究将四分幅超高速相机和单色仪的结合，构建了一套能够针对单一放电脉冲的高速时空分辨光谱仪，利用这套光谱仪对水中的单个脉冲的等离子体发射光谱进行了测量，获得了较好的关于单个放电脉冲的时空演化光谱。本文主要报告这套高速时空分辨光谱仪的构建过程和性能评价，以及在水中纳秒脉冲火花放电等离子体光谱测量中的实际应用。
高速时空分辨光谱仪的构建 1.1设备特性
使用德国产PCO-HSFC超高速ICCD相机，是一套由四个独立ICCD构成的相机系统，每个CCD1280X1024个像素，单个像素大小为6.7um×6.7um，光谱响应范围在160
基金项目：国家自然科学基金项目（11275040，11375039)和申央高校基本科研业务费专项资金项目(DUT13ZD(G)05)资助作者简介：牛志文，1990年生，大连理工大学物理与光电工程学院硕士研究生
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