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提高常压等离子体系统中红外光谱空间分辨率的方法

DOI：10.1063/1.5039389 期刊：Review of Scientific Instruments 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 在分子气体中运行高温常压等离子体系统存在复杂的诊断难题。红外光谱技术已被用于测量复杂分子气体混合物的吸收光谱，从而计算这些系统中的浓度和组分温度。对于常压系统，由于存在高空间梯度，因此需要高空间分辨率的测量手段。部分系统通过减小光束直径来提高空间分辨率，但这种提升是以牺牲光学通量为代价的。本文提出通过加装一组简易光学元件来改进商用傅里叶变换红外光谱仪系统，该设计可实现复杂分子气体混合物的可扫描高空间分辨率吸收光谱测量。我们分析了该设计信噪比并与光束缩径法进行对比：当等离子体辐射水平足够低时，该设计在几乎传输全部光束功率的同时，能获得优于光束缩径法的信噪比。但该设计能否实现所需的亚毫米级空间分辨率，取决于光谱仪中红外光源的辐射区域大小。
作者： Nick McGreivy，M. A. Jaworski
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

分析和比较两种在常压等离子体系统中通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）提高空间分辨率的方法：减小光束直径和使用聚焦光学元件。

研究成果

对于足够低的等离子体背景红外辐射水平，聚焦光学法相比直径缩减法能提高信噪比。然而，直径缩减法受高背景等离子体红外辐射的影响较小，且其空间分辨率仅受限于允许的最低信噪比。方法的选择取决于测量的具体要求及等离子体系统的特性。

研究不足

聚焦光学方法实现亚毫米空间分辨率的能力取决于光谱仪中红外光源的辐射区域。直径缩减法的空间分辨率受限于允许的最低信噪比。这两种方法都会受到等离子体背景红外辐射的影响。

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