Осветительная система
Задача осветительной системы довести свет от изучаемого объема плазмы до спектрального прибора. В последнее время в связи с широким распространением приемников на основе CCD матриц в задачи осветительной системы добавилось отображение пространственной координаты в плазме на входную щель. Это позволяет проводить спектральные измерения одновременно с исследованием пространственной структуры плазмы. А если позволяет скорость съемки, то и временным разрешением.
При конструировании осветительной системы необходимо согласовать телесный угол на входе спектрального прибора с угловым размером зеркал и дифракционной решетки спектрометра. Слишком малый угол снижает чувствительность и отношение сигнал/шум. Слишком большой угол приводит к появлению рассеянного света и бликов, искажающих результаты измерений.
Необходимо также тщательно контролировать размеры и форму области плазмы, из которой собирается свет. Для этого используются входные диафрагмы и экраны. Типичная ошибка - слишком большой размер области наблюдения, в который попадает свет от других, нежелательных объектов и стенок камеры.
Типичная схема однолинзового конденсора. Входная щель находится в фокальной плоскости линзы. Диаметр параллельного пучка на входе ограничен диафрагмой. Фокусное расстояние линзы и диаметр диафрагмы подбираются так, чтобы согласовать диаметр области наблюдения с размерами изучаемой области в плазме и одновременно обеспечить полное заполнение дифракционной решетки и полностью использовать светосилу прибора.
Для одновременного исследования пространственного распределения наблюдаемая область плазмы фокусируется на входную щель. При этом необходимо учитывать, что в измеряемую интенсивность света будут давать вклад также и конические участки на входе и выходе луча в плазму.
При использовании в качестве приемника ФЭУ пространственное разрешение можно получить с помощью трехлинзового конденсора. Первая линза Л1 отображает исследуемый объем на линзу Л2, где установлена передвижная щель, вырезающая исследуемую часть изображения. Линза Л2 отображает поверхность линзы Л1 на входную щель. Так что свет, прошедший через щелевую диафрагму равномерно заполняет всю высоту щели (1.5 - 2 см). Линза Л3 отображает диафрагму на линзе Л2 на входной объектив, или решетку спектрометра, так чтобы согласовать телесный угол на входе и светосилу спектрометра. Перемещая диафрагму можно в последовательных выстрелах исследовать пространственное распределение излучения. Но при этом высокие требования накладываются на воспроизводимость процесса. В плазме это не всегда легко сделать. Поэтому лучше использовать CCD матрицу и исследовать все в одном выстреле.