本發(fā)明涉及分析儀器領(lǐng)域，具體涉及一種用于等離子體檢測(cè)的二維光纖陣列光譜檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光譜儀是通用的光譜分析儀器，通過(guò)衍射光柵將成分復(fù)雜的光分解為不同波長(zhǎng)的光，應(yīng)用光學(xué)原理，對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行觀測(cè)、分析和處理，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。如在IC裝備研發(fā)中，通過(guò)將光譜儀與光電倍增管等其他元件組合可以對(duì)等離子體輝光放電產(chǎn)生的光譜信息進(jìn)行采集分析，實(shí)時(shí)檢測(cè)反應(yīng)現(xiàn)象，得到等離子體物理參數(shù)，在多種等離子體檢測(cè)設(shè)備中具有非侵入式、響應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)于處于非恒定態(tài)的等離子體中復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，通常需要采集除了主要的強(qiáng)譜線外的許多微弱譜線，檢測(cè)難度很大。

目前對(duì)光譜譜線主要采用的檢測(cè)手段主要有兩種：一種是通過(guò)光譜儀對(duì)檢測(cè)的連續(xù)光譜進(jìn)行分光，通過(guò)調(diào)節(jié)出口狹縫配合光電倍增管采集單個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)；另一種是通過(guò)具有二維面陣的CCD相機(jī)，可以采集不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜信號(hào)。第一種檢測(cè)方法具有靈敏度高、響應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)，特別是光電倍增管作為目前靈敏度最高的光學(xué)檢測(cè)原件，可以實(shí)現(xiàn)單光子納秒級(jí)的時(shí)間分辨測(cè)量。而普通的CCD相機(jī)靈敏度和時(shí)間分辨能力較差，目前出現(xiàn)的增強(qiáng)型CCD相機(jī)雖然也可以達(dá)到納秒級(jí)檢測(cè)精度，但是受光陰極材料和熒光板感光效率等因素的限制，增強(qiáng)型CCD相機(jī)的檢測(cè)效率低于光電倍增管，并且無(wú)法用于瞬態(tài)不重復(fù)光信號(hào)的連續(xù)測(cè)量。

針對(duì)此，目前有光譜分析系統(tǒng)采用了光纖陣列的模式進(jìn)行空間分辨的光譜采集，其中光纖陣列具有第一端和第二端，第二端的每一根光纖對(duì)應(yīng)一個(gè)光電倍增管。然而這種構(gòu)造具有如下不足：首先，當(dāng)需要采集的光信號(hào)數(shù)據(jù)較少時(shí)，可采用較少的光電倍增管，但是這樣會(huì)導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度下降，如果為了提高數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量采用較多的光電倍增管則會(huì)增加成本。其次，由于光電倍增管在工作時(shí)散熱較多，較多的光電倍增管一起工作產(chǎn)生的熱量更大，如果不能及時(shí)的進(jìn)行散熱處理，會(huì)使得光電倍增管工作溫度急劇上升，產(chǎn)生大量的熱噪音，影響采集數(shù)據(jù)的信噪比，得不到理想的數(shù)據(jù)信息。最后，由于每個(gè)光電倍增管的響應(yīng)特性差別很大，不僅需要對(duì)每個(gè)光電倍增管單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，還需要相互之間耦合調(diào)節(jié)，使得每個(gè)光電倍增管具有較為一致的輸出信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于等離子體檢測(cè)的二維光纖陣列光譜檢測(cè)系統(tǒng)，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一種不足。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于等離子體檢測(cè)的二維光纖陣列光譜檢測(cè)系統(tǒng)，其包括：

入射光纖，所述入射光纖用于采集待檢測(cè)的光譜信號(hào)；

切尼-特納光路結(jié)構(gòu)，所述切尼-特納光路結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述入射光纖的下游，用于將入射光纖采集到的光譜信號(hào)分光為不同波長(zhǎng)的單色光后向外輸出；

面陣光纖，所述面陣光纖包括入射端和出射端，所述入射端連接所述切尼-特納光路結(jié)構(gòu)的輸出端；

光電倍增管陣列，所述光電倍增管陣列由多個(gè)光電倍增管單元組成，其中每個(gè)所述光電倍增管單元用于接收所述面陣光纖的出射端的一束光纖束的輸出；

放大器，所述放大器用于放大所述光電倍增管陣列輸出的電信號(hào)；

計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器電連接到所述放大器，用于將所述放大器傳輸進(jìn)來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光子個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

優(yōu)選地，所述面陣光纖的入射端為由M行N列光纖組成的二維平面面陣，所述面陣光纖的出射端將M行N列光纖劃分為多個(gè)光纖單元，其中每個(gè)光纖單元由X行Y列光纖組成，每個(gè)光纖單元構(gòu)成一束光纖束。

優(yōu)選地，每個(gè)所述光電倍增管單元包括：

光電倍增管安裝座；

光電倍增管，其設(shè)置在所述光電倍增管安裝座的內(nèi)孔中，所述光電倍增管的感光面與所述光纖束的出射端平面平行；

管座，所述管座電連接到所述光電倍增管以向所述光電倍增管提供工作電壓；

其中，所述光電倍增管安裝座上設(shè)置有多個(gè)通光孔，每個(gè)通光孔對(duì)應(yīng)于所述光纖束中的一根光纖，使得在所述通光孔未被遮擋的情況下，所述光纖輸出的光信號(hào)能夠到達(dá)所述感光面。

優(yōu)選地，所述光電倍增管安裝座還設(shè)有與所述通光孔對(duì)應(yīng)的遮光裝置，所述遮光裝置用于打開或關(guān)閉所述通光孔。

優(yōu)選地，所述遮光裝置包括：設(shè)置在所述光電倍增管安裝座上表面內(nèi)的凹槽；遮光塊，所述遮光塊滑動(dòng)配合地安裝在所述凹槽內(nèi)；以及，拉桿，所述拉桿固定連接到所述遮光塊。

優(yōu)選地，所述光電倍增管的安裝方式為：所述光電倍增管的管腳插入到所述管座的管腳插孔中，所述光電倍增管整體插入所述光電倍增管安裝座的內(nèi)孔中，并且在所述管座與所述光電倍增管安裝座之間設(shè)置有用于遮擋光線的O型圈。

優(yōu)選地，每個(gè)光電倍增管單元安裝有獨(dú)立的冷卻裝置；所述冷卻裝置優(yōu)選包括：連接到所述光電倍增管安裝座底部的半導(dǎo)體制冷片，和用于傳導(dǎo)所述半導(dǎo)體制冷片熱量的散熱座。

優(yōu)選地，每一束光纖束通過(guò)光纖固定座固定至所述光電倍增管安裝座，所述光纖固定座安裝在所述光電倍增管安裝座的上表面上，所述光纖固定座上設(shè)有光纖通孔，所述光纖通孔與所述通光孔一一對(duì)正，所述光纖束中的每根光纖的端部容納在對(duì)應(yīng)的光纖通孔中。

優(yōu)選地，還設(shè)置有管座控制電路，其中所述管座控制電路電連接到所述光電倍增管陣列中的每個(gè)管座以控制每個(gè)管座的控制電壓，從而使所述光電倍增管陣列中的多個(gè)光電倍增管具有相同的輸出響應(yīng)。

優(yōu)選地，所述管座控制電路包括三端穩(wěn)壓集成電路、可變電阻R、芯片放大器LM324、輸入端電容和輸出端電容，其中，輸入端電容并聯(lián)于所述三端穩(wěn)壓集成電路的輸入端，輸出端電容并聯(lián)于所述三端穩(wěn)壓集成電路的輸出端，所述可變電阻R并聯(lián)于所述三端穩(wěn)壓集成電路的輸出端，所述芯片放大器LM324的同相輸入端連接所述可變電阻R的可動(dòng)觸點(diǎn)。

本發(fā)明的用于等離子體檢測(cè)的二維光纖陣列光譜檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)切尼-特納光路結(jié)構(gòu)與光電倍增管陣列的組合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)具有較強(qiáng)空間分辨率的光譜檢測(cè)。

特別地，根據(jù)本發(fā)明的光譜檢測(cè)系統(tǒng)，其將面陣光纖的出射端合理劃分成不同的光纖單元，在單個(gè)光電倍增管上可同時(shí)檢測(cè)多根光纖的數(shù)據(jù)，能夠極大地提高光電倍增管的使用效率，能夠通過(guò)少量的光電倍增管即可檢測(cè)較多的光信號(hào)數(shù)據(jù)，有效地降低了光譜檢測(cè)的成本。另外，每個(gè)光電倍增管單元都具有獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)(散熱系統(tǒng))，集成使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)熱量過(guò)高的問(wèn)題。再另外，本發(fā)明為每個(gè)光電倍增管的管座設(shè)計(jì)了控制電路，可以保證每個(gè)光電倍增管的輸出響應(yīng)一致，從而能夠更有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜數(shù)據(jù)的采集。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明中的二維光纖陣列光譜檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖；

圖2是切尼-特納光路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a和3b為面陣光纖的兩種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是單個(gè)光電倍增管單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是光纖束的安裝示意圖；

圖6是光電倍增管安裝座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是光電倍增管與管座的安裝示意圖；

圖8是光電倍增管陣列的管座控制電路示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

100、入射光纖；200、切尼-特納光路；300、面陣光纖；400、光電倍增管陣列；500、管座控制電路；600、放大器；700、計(jì)數(shù)器；201、入射狹縫；202、準(zhǔn)直反射鏡；203、衍射光柵；204、聚焦反射鏡；205、聚焦平面；410、散熱座；420、半導(dǎo)體制冷片；430、光電倍增管安裝座；431、內(nèi)孔；432、通光孔；433、遮光塊；434、拉桿；435、光電倍增管安裝座上表面；436、光電倍增管安裝座側(cè)面；437、安裝螺紋孔；438、散熱槽；440、光電倍增管；441、管腳；442、感光面；450、O型圈；460、管座；461、管座安裝孔；462、管腳插孔；463、管頸；470、光纖固定座；471、密封圈；472、遮光板；480、光纖束；480a、光纖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明的實(shí)施例并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

本發(fā)明的主要目的在于提供一種通過(guò)切尼-特納光路結(jié)構(gòu)與光電倍增管陣列的組合使用，實(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)空間分辨率的光譜檢測(cè)系統(tǒng)。如圖1所示，該光譜檢測(cè)系統(tǒng)包括：

入射光纖100，該入射光纖100用于采集需要檢測(cè)的連續(xù)光譜信號(hào)；

切尼-特納光路結(jié)構(gòu)200，該切尼-特納光路結(jié)構(gòu)200設(shè)置在所述入射光纖的下游，用于將入射光纖100采集到的連續(xù)光譜信號(hào)分光為不同波長(zhǎng)的單色光后輸出；

面陣光纖300，該面陣光纖300包括入射端和出射端，其中入射端連接切尼-特納光路結(jié)構(gòu)200的輸出端，優(yōu)選安裝在切尼-特納光路結(jié)構(gòu)200的焦平面上；

光電倍增管(PMT)陣列400，該光電倍增管陣列由多個(gè)光電倍增管單元組成，其中每個(gè)光電倍增管單元用于接收所述面陣光纖300的出射端的一束光纖束的輸出；

放大器600，該放大器600用于放大光電倍增管陣列輸出的電信號(hào)；

計(jì)數(shù)器700，其安裝在放大器600后端，該計(jì)數(shù)器700用于將放大器傳輸進(jìn)來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光子個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并例如可以利用諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)PC等設(shè)備進(jìn)行外顯。

在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的切尼-特納光路結(jié)構(gòu)，如圖2所示，圖中帶箭頭的線為其示意性光路。其中，來(lái)自入射光纖100的待檢測(cè)的連續(xù)光譜射入切尼-特納光路結(jié)構(gòu)200的入射狹縫201，利用該入射狹縫將光譜信號(hào)照射到準(zhǔn)直反射鏡202上，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直反射鏡202將連續(xù)光譜反射成平行光并傳輸?shù)窖苌涔鈻?03表面，通過(guò)衍射光柵203的衍射將連續(xù)光譜分光并傳輸?shù)骄劢狗瓷溏R204上，聚焦反射鏡204將不同波長(zhǎng)的單色光聚焦到聚焦平面205的不同位置處。然后，將面陣光纖300的入射端安裝到聚焦平面205處，便可以采集不同波長(zhǎng)的單色光。

如圖3所示，面陣光纖300包括M行N列排布的光纖，其入射端為由M行N列光纖組成的二維平面面陣，用于采集切尼-特納光路結(jié)構(gòu)200中的單色光。其中M和N均為自然數(shù)，二者可以相等，也可以不相等。在面陣光纖300的出射端可以選擇性地將M行N列的光纖進(jìn)行組合，從而形成多個(gè)由X行Y列光纖組成的光纖單元，其中每個(gè)光纖單元構(gòu)成一束光纖束以用于對(duì)外輸出。顯然，其中X和Y分別為小于等于M和N的自然數(shù)。

作為不意在限定本發(fā)明的保護(hù)范圍的示例，圖3a中的面陣光纖300由16行16列光纖緊密排列組成，即M和N均為16。其中，將出射端的16行16列劃分為如下的多個(gè)光纖單元：將面陣光纖300的出射端中的16行16列光纖以4行1列為一個(gè)光纖單元進(jìn)行劃分，即X為4且Y為1，在附圖3a中的方框即為所標(biāo)識(shí)出的單個(gè)光纖單元。相應(yīng)地為了便于標(biāo)識(shí)出各個(gè)光纖單元在出射端中的相對(duì)位置，可以在圖3a中用XOY坐標(biāo)表示，即將16行16列光纖劃分為在X方向上的16列(即每1列光纖對(duì)應(yīng)于X軸上的1-16中的不同坐標(biāo)值)和在Y方向上的4行(即，每4行光纖對(duì)應(yīng)于Y軸上的1-4中的不同坐標(biāo)值)。如此，可以利用坐標(biāo)位置(x，y)來(lái)表示面陣光纖的出射端中的任一束光纖束。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3a中選擇(1，1)即第一列的1-4行光纖作為出射端的一個(gè)光纖單元，該光纖單元利用一束光纖束對(duì)外輸出，(4，4)即第一列的13-16行光纖作為出射端的又一光纖單元，該光纖單元利用又一束光纖束對(duì)外輸出。從而可以看出，圖3a中的面陣光纖的輸出端共16列4行也就是64個(gè)光纖單元，并經(jīng)由64束光纖束對(duì)外輸出，可以分別將這64束光纖束插入到光電倍增管固定座組成的PMT陣列400中，就可以得到整個(gè)面陣光纖300入射端平面處的所有光信號(hào)。

另一個(gè)示例在圖3b中示出，同樣地，將面陣光纖300的出射端中的16行16列光纖以4行4列為一個(gè)光纖單元進(jìn)行劃分，即X為4且Y為4，在附圖3b中的方框即為所標(biāo)識(shí)出的單個(gè)光纖單元。相應(yīng)地為了便于標(biāo)識(shí)出各個(gè)光纖單元在出射端中的相對(duì)位置，可以在圖3b中用XOY坐標(biāo)表示，即將16行16列光纖劃分為在X方向上的4列(即每4列光纖對(duì)應(yīng)于X軸上的1-4中的不同坐標(biāo)值)和在Y方向上的4行(即，每4行光纖對(duì)應(yīng)于Y軸上的1-4中的不同坐標(biāo)值)。作為示例，在圖3b中選擇(1，1)即第1-4列和1-4行組成出射端的光纖單元，該光纖單元利用一束光纖束對(duì)外輸出。由此可見(jiàn)，圖3b中的面陣光纖對(duì)應(yīng)的輸出端共4行4列也就是16束輸出光纖，分別將這16束光纖插入到光電倍增管固定座組成的PMT陣列400中，可以得到面陣光纖300入射端平面處的所有光信號(hào)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，圖3a和圖3b只是示出了16行16列面陣光纖300的兩種輸出方式，可以擴(kuò)展到M行N列的任意組合的面陣光纖，并且在光纖的輸出端也可以有不同的組合方式。通過(guò)更換不同的面陣光纖300，就可以通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)得到不同的二維平面光信號(hào)。

在圖4-7中示出了根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管陣列中的一個(gè)光電倍增管單元的示意性結(jié)構(gòu)。每個(gè)光電倍增管單元包括：

光電倍增管安裝座430；

光電倍增管440，其設(shè)置在該光電倍增管安裝座430的內(nèi)孔431中，該光電倍增管440的感光面442(或者其母線)與相應(yīng)的光纖束的出射端平面平行；

管座460，該管座460電連接到光電倍增管440以向該光電倍增管440提供工作電壓；

其中，光電倍增管安裝座430上設(shè)置有多個(gè)通光孔432，每個(gè)通光孔432對(duì)應(yīng)于所述光線束480中的一根光纖480a，使得在所述通光孔432未被遮擋的情況下，所述光纖480a輸出的光信號(hào)能夠到達(dá)所述感光面442。

優(yōu)選地，所述光電倍增管安裝座430上還設(shè)有與通光孔432對(duì)應(yīng)的遮光裝置，遮光裝置用于打開或關(guān)閉所述通光孔432，從而選擇性地將一根光纖的輸出信號(hào)經(jīng)相應(yīng)的通光孔432傳送到或不傳送到光電倍增管安裝座430內(nèi)。

在圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的遮光裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。該遮光裝置包括：設(shè)置在光電倍增管安裝座430上表面435內(nèi)的多個(gè)凹槽，滑動(dòng)配合地設(shè)置在該相應(yīng)凹槽中的遮光塊433，在光電倍增管安裝座的側(cè)面436上與每個(gè)遮光塊433相對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置有通孔，拉桿434穿過(guò)通孔并固定連接到每個(gè)遮光塊433的后端，該連接例如可以是螺紋固定連接，當(dāng)然也可以是其它適合的連接方式。如圖6所示，當(dāng)拉動(dòng)拉桿434時(shí)，就可以帶動(dòng)遮光塊433在光電倍增管安裝座430上表面435的凹槽內(nèi)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)通光孔432的關(guān)閉和打開。并且通過(guò)例如四組拉桿和遮光塊的配合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光線束中不同的光纖480a中光信號(hào)的響應(yīng)，從而得到面陣光纖300中不同位置處的光譜信息。

在圖4和圖7中示出了根據(jù)本發(fā)明的光電倍增管440的安裝方式示意圖。其中管座460用于為光電倍增管440提供工作所需的電壓，光電倍增管440則用于將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)向外輸出。如圖6-7所示，光電倍增管的一端為感光面442，用于插入到光電倍增管安裝座430的內(nèi)孔431中接收光纖的輸出信號(hào)，而另一端則帶有與管座電連接的管腳441，該管腳441插入到管座460上的管腳插孔462中，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電連接。管座460具有安裝凸緣，安裝凸緣上設(shè)有管座安裝孔461，用于在將光電倍增管440插入內(nèi)孔431中以后，與光電倍增管安裝座430的安裝螺紋孔437實(shí)現(xiàn)連接固定。其中，在安裝凸緣的一側(cè)設(shè)有一段管頸463，管頸463的外側(cè)設(shè)置有O型密封圈450，其中O型密封圈450的內(nèi)徑小于管頸463的外徑，其外徑則大于光電倍增管安裝座430的內(nèi)孔431的直徑。通過(guò)這種設(shè)置，當(dāng)通過(guò)管座安裝孔461將光電倍增管440、O型密封圈450、管座460一起固定至光電倍增管安裝座430時(shí)，O型密封圈450可以阻擋外面的光進(jìn)入光電倍增管安裝座430的內(nèi)孔431內(nèi)，從而避免了外部光線對(duì)于光纖信號(hào)采集的影響。

具體如圖4-7所示，每一束光線束的固定方式為：將來(lái)自面陣光纖300的每個(gè)光纖束480固定到光纖固定座470上，然后利用螺栓等緊固件(未圖示出)將該光纖固定座470安裝到光電倍增管安裝座430的上表面435處。光纖固定座470上設(shè)有光纖通孔，所述光纖通孔與所述通光孔432一一對(duì)正，所述光纖束480中的每根光纖480a的端部容納在對(duì)應(yīng)的光纖通孔中。

為了防止外部環(huán)境中的光線經(jīng)光纖固定座470的光纖通孔射入到光電倍增管安裝座430內(nèi)，可以在光纖束480與光纖固定座470的光纖通孔之間安裝遮光板472，遮光板472例如通過(guò)螺栓與光纖固定座470相連，同時(shí)還可在每根光纖480a上安裝密封圈471，保證外界的光線不能進(jìn)入到光電倍增管安裝座430內(nèi)。另外，光纖束480的下表面不能低于光電倍增管安裝座430的上表面435，以保證遮光塊433在移動(dòng)中不會(huì)與光纖束480的下表面接觸。

在圖5中示出了光纖束480、光纖固定座470以及光電倍增管安裝座430的裝配示意圖。如圖所示，光纖束480示例性地包括4根光纖480a，其中每根光纖480a的端部均容納在光纖固定座470上的光纖通孔中，并通過(guò)光電倍增管安裝座430的通光孔432將光照射到光電倍增管安裝座430內(nèi)部，如果光電倍增管安裝座430內(nèi)部安裝有光電倍增管440的話，則將光照射到光電倍增管440的感光面442上，其中光纖束480的出射端平面與感光面442平行。

由于光電倍增管440工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因此在每個(gè)光電倍增管單元還安裝有獨(dú)立的冷卻裝置。具體地，如圖4所示，可以在每個(gè)光電倍增管安裝座430的下表面加工有散熱槽438，并在散熱槽438中安裝半導(dǎo)體制冷片420，其中半導(dǎo)體制冷片420的冷端與散熱槽438的表面接觸，熱端與用于傳導(dǎo)半導(dǎo)體制冷片420熱量的散熱座(例如散熱鋁塊)420的平面接觸，散熱槽438、半導(dǎo)體制冷片420以及散熱座420之間通過(guò)導(dǎo)電硅膠粘接。為了保證更好的散熱效果，散熱座420的外端可以安裝散熱風(fēng)扇(未示出)，以提高散熱效率。

由于每一個(gè)光電倍增管對(duì)光信號(hào)的輸出響應(yīng)差別較大，為了使得光譜檢測(cè)系統(tǒng)中的各路光信號(hào)具有一致的響應(yīng)，需要對(duì)系統(tǒng)中用到的光電倍增管進(jìn)行控制，保證輸出響應(yīng)一致。管座460給光電倍增管440提供工作所需要的高壓電源，而通過(guò)對(duì)管座460的控制電壓精確調(diào)控就可以滿足要求，管座460的控制電壓為DC 0-5V，由于管座460對(duì)控制電壓響應(yīng)非常靈敏，而且管座460的輸出高壓也取決于控制電壓，因此控制電壓需要滿足穩(wěn)定的DC 0-5V的可控調(diào)節(jié)。為此，優(yōu)選地，本發(fā)明的光譜檢測(cè)系統(tǒng)中，還設(shè)置有管座控制電路，所述管座控制電路電連接到所述光電倍增管陣列400中的每個(gè)管座以控制每個(gè)管座的控制電壓，從而使所述光電倍增管陣列400中的多個(gè)光電倍增管具有相同的輸出響應(yīng)。

圖8中示出了光電倍增管440的管座460的控制電路的優(yōu)選實(shí)施方式。圖8所示的控制電路中，包括三端穩(wěn)壓集成電路7805、可變電阻R、芯片放大器LM324、輸入端電容C1和輸出端電容C2、C3，其中，輸入端電容C1并聯(lián)于所述三端穩(wěn)壓集成電路7805的輸入端，輸出端電容C2、C3并聯(lián)于所述三端穩(wěn)壓集成電路7805的輸出端，所述可變電阻R并聯(lián)于所述三端穩(wěn)壓集成電路7805的輸出端，所述芯片放大器LM324的同相輸入端連接所述可變電阻R的可動(dòng)觸點(diǎn)。通過(guò)DC 12V作為輸入電壓，接入三端穩(wěn)壓集成電路7805的輸入端，并通過(guò)輸入端電容C1進(jìn)行穩(wěn)壓，通過(guò)輸出端電容C2、C3進(jìn)行穩(wěn)壓，以及并聯(lián)可變電阻R，可變電阻R作為電壓輸出端，接入芯片放大器LM324的同相輸入端，芯片放大器LM324的輸出電壓即可作為管座460的控制電壓。優(yōu)選地，還可在可變電阻R的輸出端并聯(lián)數(shù)字表頭(未示出)，以實(shí)時(shí)顯示輸出電壓的幅值，便于調(diào)節(jié)。

根據(jù)使用需要，可在圖8的控制電路中并聯(lián)多個(gè)可變電阻R和芯片放大器LM324，從而可對(duì)多個(gè)管座460a、460b……等分別進(jìn)行控制電壓的調(diào)節(jié)。

下面描述本發(fā)明的光譜檢測(cè)系統(tǒng)的工作過(guò)程。在工作時(shí)，例如在等離子體放電時(shí)，采集放電所產(chǎn)生的光譜信息進(jìn)行分析并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)現(xiàn)象以得到等離子體的物理參數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，利用入射光纖100接收等離子體放電所產(chǎn)生的光線，將入射光纖100采集的光信號(hào)輸入切尼-特納光路結(jié)構(gòu)200中進(jìn)行分光，光路在切尼-特納光路結(jié)構(gòu)200中經(jīng)過(guò)多個(gè)光學(xué)部件的作用后從切尼-特納光路出口焦平面處進(jìn)入到面陣光纖300的入射端，并經(jīng)面陣光纖300的出射端到達(dá)光電倍增管陣列，利用光電倍增管的管座控制電路將光電倍增管陣列的各個(gè)光電倍增管輸出響應(yīng)一致。具體來(lái)說(shuō)，面陣光纖300出射端的每束光纖束插入到光電倍增管陣列400中的每個(gè)光電倍增管單元中，并使光纖的輸出光線照射到光電倍增管的感光面上，從而經(jīng)過(guò)光電倍增管的光電轉(zhuǎn)換輸出電信號(hào)。在使用時(shí)，通過(guò)拉動(dòng)不同的拉桿434a從而選擇性地使不同光纖的光到達(dá)光電倍增管以產(chǎn)生電信號(hào)，從而可以得到面陣光纖300中不同位置處的光譜信息。由光電倍增管輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器600放大之后進(jìn)入到計(jì)數(shù)器700中進(jìn)行光子數(shù)統(tǒng)計(jì)，最后顯示在PC計(jì)算機(jī)中，從而完成整個(gè)檢測(cè)過(guò)程。

根據(jù)本發(fā)明的光譜檢測(cè)系統(tǒng)，其將面陣光纖的出射端合理劃分成不同的光纖單元，在單個(gè)光電倍增管上可同時(shí)檢測(cè)多根光纖的數(shù)據(jù)，能夠極大地提高光電倍增管的使用效率，能夠通過(guò)少量的光電倍增管即可檢測(cè)較多的光信號(hào)數(shù)據(jù)，有效地降低了光譜檢測(cè)的成本。另外，每個(gè)光電倍增管單元都具有獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)(散熱系統(tǒng))，集成使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)熱量過(guò)高的問(wèn)題。再另外，本發(fā)明為每個(gè)光電倍增管的管座設(shè)計(jì)了控制電路，可以保證每個(gè)光電倍增管的輸出響應(yīng)一致，從而能夠更有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜數(shù)據(jù)的采集。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各優(yōu)選方案可以自由地組合、疊加。

應(yīng)當(dāng)理解，上述的實(shí)施方式僅是示例性的，而非限制性的，在不偏離本發(fā)明的基本原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以針對(duì)上述細(xì)節(jié)做出的各種明顯的或等同的修改或替換，都將包含于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。