Современное состояние техники для исследования спектра излучения плазмы магнетронного разряда

Спектрофотометр — прибор, предназначенный для измерения отношений двух потоков оптического излучения, один из которых — поток, падающий на исследуемый образец, другой — поток, испытавший то или иное взаимодействие с образцом. Позволяет производить измерения для различных длин волн оптического излучения, соответственно в результате измерений получается спектр отношений потоков. Обычно используется для измерения спектров пропускания или спектров отражения излучения. Спектрофотометр является основным прибором, используемом в спектрофотометрии. Анализируемый спектр получается путем регистрации флуоресценции после воздействия на исследуемое вещество каким-либо излучением (рентгеновским или лазерным излучением, искровым воздействием и др.). Обычно измеряемыми величинами являются интенсивность и энергия (длина волны, частота) излучения, но могут регистрироваться и другие характеристики, например, поляризационное состояние. Термин «спектрометр» применяется к приборам, работающим в широком диапазоне длин волн: от гамма до инфракрасного диапазона.

Применение

Применяется в колориметрии и спектральном анализе.

Спектрофотометры могут работать в различных диапазонах длин волн — от ультрафиолетового до инфракрасного. В зависимости от этого приборы имеют разное назначение.

Назначение

Основное назначение спектрофотометров в полиграфической отрасли — проведение точной линеаризации и калибровки процессов печати. Спектрофотометры компаний [Электрокомплект] и других производителей предоставляют возможность проведения точечных и автоматизированных измерений для создания высококачественных ICC-профилей.

Конструкция

На рисунках 3.4, 3.5 приведены две основные схемы спектрофотометров, измеряющих спектральный апертурный коэффициент отражения данного объекта относительно рабочего стандарта с известной спектральной характеристикой:

Рис 3.4 Схема 1 устройства спектрофотометра

Измеряемый образец освещается белым светом. Монохроматор расположен в исходящем потоке. Для улучшения характеристик и точности измерений в современных спектрофотометрах также используются двойные монохроматоры

Рис 3.5 Схема 2 устройства спектрофотометра

Измеряемый образец освещается монохроматическим светом.

Методы регистрации спектров

Для регистрации спектра могут использоваться полупроводниковые детекторы, сцинтилляционные счётчики, либо детекторы на базе ПЗС линейки или ПЗС матрицы. Спектрометры могут различаться по спектральному диапазону, спектральной чувствительности, оптической схеме. При интерпретации спектров в большинстве случаев производится сравнение полученного спектра со спектром вещества известного состава. Ранние спектроскопы представляли собой простые призмы с градуировкой, обозначающей длины волн света, в современных приборах они вытеснены дифракционной решёткой.

Типы спектрометров

Различают следующие типы спектрометров:

-рентгенофлуоресцентный спектрометр,

-искровой оптико-эмиссионный спектрометр,

-лазерный спектрометр,

-ИК-спектрометр,

-спектрометр индуктивно-связанной плазмы,

-атомно-абсорбционный спектрометр,

-масс-спектрометр,

-спектрогониометр.

Известны работы, посвященные научному анализу спектра веществ. К ним относится работа по созданию автоматизированного спектрометрического комплекса для диагностики плазмы магнетронного разряда под руководством Шумова А.В. при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана.

На рис.3.6 приведена схема диагностической системы на основе спектрометра Avaspec-2048 с CCD-регистрацией, предназначенной для нахождения пространственных распределений электронной температуры плазмы.

Рис. 3.6. Схема диагностической системы: 1 – вакуумная камера; 2 – магнетронная распылительная система; 3 – область горения разряда; 4 – оптическая головка; 5 – бронированный оптоволоконный кабель; 6 – вакуумный оптический ввод; 7 – разветвленный оптоволоконный кабель; 8 – спектрометр; 9 – привод оптической головки; 10 – шаговый двигатель; 11 - вакуумный электрический ввод; 12 – блок управления шаговым двигателем; 13 – модуль ЦАП – АЦП; 14 – управляющий компьютер.

Высокочувствительный оптоволоконный спектрофотометр AvaSpec-2048

Существует множество оптических спектрометров, используемых в зависимости от природы источника сигнала и технической реализации спектрометрической системы. Одной из фирм, реализующих данные виды спектрометров является фирма Avantes, выпускающая оптоволоконные спектрометрические комплексы на базе спектрометров AvaSpec для аналитических и лабораторных исследований. Рассмотрим более подробно оптоволоконные спектрометр, использованный для исследований.

Рис 3.7 внешний вид спектрофотометра AvaSpec-2048

AvaSpec-2048 высокочувствительный оптоволоконный спектрофотометр рекомендуемый использовать для аналитических исследований с высокой фотометрической чувствительностью в спектральном диапазоне 200-1100 нм и оптическим разрешением от 0.04 нм.

Оптоволоконный спектрофотометр AvaSpec-2048 сконструирован с использованием модульного принципа, что обеспечивает гибкость и масштабируемость спектрофотометрической системы и позволяет использовать спектрофотометр для построения разнообразных измерительных систем в комплексе с различными источниками света, фибероптическими принадлежностями и датчиками Avantes.

Настольный автоматизированный спектрофотометр AvaSpec-2048 может также использоваться как фотоколориметр, радиометр, нефелометр, спектрофлюориметр и люминометр благодаря возможности изменений конфигурации спектрометрической системы.

Измерительный модуль.

Рис. 3.8. Устройство оптической скамьи.

Измерительный модуль AvaSpec-2048 высокочувствительного спектрофотометра построен на базе AvaBench-75 платформы с симметричной оптической скамьёй Czerny-Turner и 2048 элементной CCD детекторной матрицы.

AvaSoft-Basic стандартный бесплатный пакет программ, который поставляется со спектрометрами AvaSpec. К основным характеристикам AvaSoft относится дружественный к пользователю интерфейс с выпадающими меню диалога, которыми можно управлять при помощи курсора мыши. При помощи курсора можно управлять такими операциями, как считывание длины волны, координат точки на спектре и величины оси Y. При помощи выделения участка спектра курсором мыши можно увеличить и детализировать участок спектра по осям X и Y (отобразить детали спектра в горизонтальном и вертикальном направлениях).

Кнопки в основном окне предназначены для управления спектральными исследованиями (начало и остановка измерений) и для простого сохранения информации о референсном сигнале, темновом токе и спектральных характеристиках в ходе эксперимента. Дополнительные кнопки доступны для печати, изменения режима представления данных: режимы абсорбции, коэффициент пропускания, иррадиации или необработанные данные области видимости.

Пользователь может устанавливать параметры сбора данных, такие как время интеграции датчика, поправку на темновой ток, усреднение сигнала и спектральное сглаживание в общих диалоговых окнах. Сохраненные графические данные могут быть экспортированы в формат ASCII, конвертируются и читаются в Excel и другими программами обработки данных.

Рис. 3.9 Интерфейс программного обеспечения AvaSoft-Basic

Новой особенностью программного обеспечения AvaSoft-Basic является поддержка платформы AvaSpec-USB2, множественных функциональных возможностей USB, и новых опций сохранения и отображения данных.