研究級的ICCD可用于及時取樣,以及精確重建瞬態等離子體動態系統的化學性質和分布。科研人員對等離子體(例如:激光感應、射頻或電感耦合、介質阻擋放電等離子體)進行研究,以了解它們的基本屬性,如:電子溫度和密度等。重要的是,ICCD可以實現瞬時分辨率,即:通過圖像增強器的門控,有效地將瞬態現象“凍結”在納秒級。
此外,ICCD還可以及時地、非常精確地移動這個門(<2納秒),以獲得連續的、高精度的等離子體行為和相位快照。為了對快速瞬態現象(如:等離子體)進行精確地成像,成像設備必須克服幾個關鍵性的實驗挑戰。
利用“Andor iStar sCMOS相機”觀察到的水下放電的等離子體流光動態(由英國拉夫堡大學 “等離子體和脈沖功率研究組”的Jessica Stobbs、Bucur Novac、Peter Senior 參與研究)。
獲取大型數據集:瞬態等離子體的重建需要獲取數百或數千個成像周期。這可能導致數據集的獲取時間很長。
超快現象:鑒于等離子體短暫壽命(納秒量級),我們需要一個超快的快門,以便對等離子體形成的動態變化過程進行序列成像。如果這一需求得不到滿足,就會導致圖像出現條紋,或者無法捕捉到等離子體形成周期的每個相位。
低光照強度:一些等離子體結構發出的光量非常低,相機需要單光子級別的靈敏度來正確地顯示更精細的圖像。
精細結構:為了充分捕捉等離子體形成的所有復雜特性,我們需要一種高分辨率的傳感器。
過飽和現象:等離子體(如:介質阻擋放電等離子體)表面的光學信號有顯著的變化,這可能導致相機傳感器出現過飽和現象。為了避免這一問題,相機必須具備高動態范圍,以便在一個成像中同時捕捉光亮的強信號和微弱信號。
當前的時間門控技術(如:CCD、Interline CCD,以及基于EMCCD的相機)受到緩慢幀速和有限動態范圍的限制。緩慢的幀速率會導致實驗時間較長。此外,這些設備有限的動態范圍意味著必須做出妥協,才能在實驗中同時捕獲微弱的或明亮的光信號。
02、PART技術解決方案
“門控型增強型sCMOS相機”為等離子體的成像提供了一種理想的解決方案。像增強器與sCMOS相機的耦合能夠將像增強器的超快納秒時間分辨率與sCMOS技術的高幀速率和動態范圍相結合,從而為等離子體的成像和診斷提供一個理想的多功能解決方案,并實現高速率和動態范圍,以盡量縮短實驗時間、避免過飽和現象。
03、PART Andor相機解決方案
Andor強烈推薦其全新、快速、高動態范圍“iStar sCMOS像增強型相機”系統用于瞬態等離子體成像與診斷。iStar sCMOS的特征參數包括:最小<2ns的門寬,550萬像素高分辨率,50fps的高幀頻;進一步的,其低讀出噪聲(2.5 e-)與高滿井容量相結合,支持輸出16位動態范圍的圖像。此外,在光譜采集和裁剪模式下,它還可以實現高達4000 Hz的采樣頻率,這使得它也非常適合等離子體的光譜應用,例如:湯姆遜散射、OES和LIBS等。另外,Andor還提供一系列iStar CCD像增強型相機,非常適合時間分辨光譜應用和較慢的時間分辨成像需求。
等離子體成像的核心要求,以及iStar sCMOS相機的功能總結如下: