多通道主动式激光诊断仪制造技术

本发明专利技术公开了一种用于激光等离子体光学诊断仪，尤其是一种多通道主动式激光诊断仪。该诊断仪包括激光发生单元；反射单元；可调式变焦距系统；次级成像单元；分光单元；形状测量单元；电子密度、速度测量单元；磁场测量单元；数据信号处理单元。本诊断仪采用激光作为探针光照射待测物体，通过分光技术，可以多通道测量待测样品的阴影图像、干涉条纹特征图像、法拉第旋转图像。通过变焦距系统，可灵活调节待测物的空间距离和放大率。本发明专利技术结构设计简单、紧凑，便于移动，整体性强。同时利用平板电脑或笔记本电脑作为数据信号单元简单快速实时获得最终数据，使得操作简单，保证工作效率，有利于等离子体状态的研究。

Multichannel Active Laser Diagnostic Instrument

The invention discloses an optical diagnostic instrument for laser plasma, in particular a multi-channel active laser diagnostic instrument. The diagnostic instrument includes laser generating unit, reflecting unit, adjustable zoom system, secondary imaging unit, light splitting unit, shape measuring unit, electron density and velocity measuring unit, magnetic field measuring unit and data signal processing unit. The diagnostic instrument uses laser as a probe to illuminate the object to be measured. Through the spectroscopy technology, the shadow image, interference fringe feature image and Faraday rotation image of the sample to be measured can be measured in multiple channels. The zoom system can flexibly adjust the space distance and magnification of the object to be measured. The structure of the invention is simple, compact, easy to move and has strong integrity. At the same time, tablet or notebook computers are used as data signal units to obtain the final data simply and quickly, which makes the operation simple, ensures the work efficiency and is conducive to the study of plasma state.

【技术实现步骤摘要】
多通道主动式激光诊断仪
本专利技术公开了一种用于激光等离子体光学诊断仪，尤其是一种多通道主动式激光诊断仪。
技术介绍
传统的等离子体光学诊断设备存在功能较单一，对探针光的信息利用率不够高，数据处理耗时长，操作不灵活，移动不便等缺陷。尤其在研究强激光驱动产生的等离子体和脉冲放电等离子体状态时，通过多通道主动式激光诊断仪获得等离子体信息显得尤为重要。对激光等离子测量技术而言，通常采用的办法是将探针激光和产生等离子体的主激光时间同步，然后通过调节探针光与主激光的时间差来研究激光等离子体的动力学演化特征。这里的激光驱动产生的等离子体即待测物，它是由主激光与靶材料相互作用产生的。对脉冲放电等离子体测量技术而言，通常的办法是将探针激光和产生放电等离子体的强脉冲电压时间同步，然后通过调节探针光与强脉冲电压的时间差来研究放电等离子体的动力学演化特征。这里的强脉冲电压驱动金属电极产生的放电等离子体即待测物。对同一等离子体如果能够同时获取不同物理量信息，往往可以准确判断等离子体状态。主动式诊断技术可以对同一待测等离子体进行远距离、多种倍数的放大，在不同放大倍数下得到待测物同种物理量信息之间的对比结果。如果不采用多通道主动式诊断技术，而待测等离子体在探针光通过前后不能保证同一性就会造成单通道测量误差。因此，保证所测量的物理量具有同时性，并从某一时刻的探针光中尽可能多的获取信息，就显得尤为重要。这里利用多通道主动式激光诊断技术、法拉第旋转效应以及Normaski干涉原理可以分别获得待测等离子体的形状、等离子体轴向自生磁场和等离子体密度、速度信息。干涉条纹移动数目N与等离子体密度ne有关(式1)，法拉第转角α与激光强度及轴向自生磁场有关(式2，3)激光等离子体光学诊断仪是一个多通道主动式的多功能的激光诊断仪。它可以从一束探针光中简单快速的获取等离子体的阴影图像、等离子体轴向自生磁场信息和等离子体电子密度及速度的信息，这样不仅提高了探针光信息的利用率，而且又保持了其同时性。
技术实现思路
为了克服等离子体光学诊断设备对探针光的信息利用率不高，数据处理耗时长，操作不灵活，移动不便等缺陷的技术问题，本专利技术提供一种多通道主动式激光诊断仪。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：多通道主动式激光诊断仪，包括激光发生单元、反射单元、变焦单元、次级成像单元；分束单元、形状测量单元、电子密度及速度测量单元、磁场测量单元、信号处理单元。激光发生单元包括：激光器；第一偏振片；所述激光器发出的激光作为探针光入射到所述一第一偏振片，通过第一偏振片变为偏振光；一第一衰减片；根据实验需求更换合适透过率的光学衰减片；待测物；反射单元，改变偏振的探针激光信号的传播方向；变焦单元，一种可调式变焦距系统，偏振的探针激光经变变焦单元可灵活调节与待测物的空间距离和放大率，保证成像的位置不变；次级成像单元，独立于变焦单元，调节成像位置和放大倍数；分束单元，将一束探针激光分成两束探针激光信号；形状测量单元，用于将携带等离子体信息的第一激光信号成像在一第一CCD图像传感器上，获得待测物的形状信息；第一CCD图像传感器，用于收集所述第一激光信号；电子密度及速度测量单元，利用Nomarski干涉原理将携带等离子体信息的第二激光信号成像在第二CCD图像传感器上，可以获得待测物的电子密度、速度信息；第二CCD图像传感器，用于收集所述第二激光信号；磁场测量单元，利用法拉第旋转效应将携带等离子体信息的第三激光信号成像在第三CCD图像传感器上，可以获得待测物的轴向自生磁场的信息；信号处理单元，利用平板电脑或笔记本电脑、延迟脉冲发生器、触发线通过USB数据线将一第一CCD图像传感器、一第二CCD图像传感器、一第三CCD图像传感器连接，并将采集到的光学图像进行实时处理，得到最终的实验数据。在其中一个实施例中，激光发生单元包括：激光器、一第一偏振片和一第一衰减片，所述一第一偏振片和一第一衰减片设置在所述激光器的激光出射方向上。在其中一个实施例中，反射单元包括一第一全反射镜(反射单元一)、一第二全反射镜(反射单元二)、一第三全反射镜(反射单元三)。在其中一个实施例中，所述变焦单元包括一第一成像透镜(正折射透镜)、一第二成像透镜(负折射透镜)、光圈、一第三成像透镜(正折射透镜)、一第四成像透镜(正折射透镜)和精密调节旋转环组合。一第一成像透镜、一第二成像透镜、光圈、一第三成像透镜和一第四成像透镜依次设置在笼式框架架上，精密调节旋转环组合通过旋转轴、螺纹与一第一成像透镜、一第二成像透镜、光圈、一第三成像透镜和一第四成像透镜连接，一第一成像透镜、一第二成像透镜作为组合改变待测物的放大倍数，一第三成像透镜和一第四成像透镜光圈作为组合，做相应的运动来补偿像面位移，使像面位置稳定，光圈作用是可将适当大小的圆孔移到光轴上，达到控制孔径的效果，精密调节旋转环组合可以灵活调节成像透镜位置，使得改变与待测物的空间距离和放大率，能够保证成像的位置不变。在其中一个实施例中，所述次级成像单元包括一第五成像透镜，一第五成像透镜设置在笼式框架上。在其中一个实施例中，所述分束单元包括一第一分束镜(分束单元一)、一第二分束镜(分束单元二)，第一分束镜、第二分束镜分别设置在笼式框架的不同光通道位置。在其中一个实施例中，所述形状测量单元集成了前面的反射单元、变焦单元、次级成像单元、分束单元一等组件，包括一第一全反射镜、一第二全反射镜、一第一成像透镜、一第二成像透镜、光圈、一第三成像透镜、一第四成像透镜、一第五成像透镜和一第一分束镜，用于测量待测物的形状。在其中一个实施例中，所述电子密度及速度测量单元的设计应用Nomarski干涉原理，同时集成了集成了前面的反射单元、变焦单元、次级成像单元、分束单元一等组件，包括一第一全反射镜、一第二全反射镜、一第一成像透镜、一第二成像透镜、光圈、一第三成像透镜、一第四成像透镜、一第五成像透镜、一第一分束镜、一第二分束镜、一第六成像透镜、一渥拉斯顿棱镜和一第二偏振片，第二分束镜、第六成像透镜、渥拉斯顿棱镜和第二偏振片依次设置在笼式框架上。在其中一个实施例中，所述磁场测量单元的设计应用法拉第旋转效应，同时集成了前面的反射单元、变焦单元、次级成像单元、分束单元一、分束单元二等组件，包括一第一全反射镜、一第二全反射镜、一第一成像透镜、一第二成像透镜、光圈、一第三成像透镜、一第四成像透镜、一第五成像透镜、一第一分束镜、一第二分束镜、一第三全反射镜、一第七成像透镜和一渥拉斯顿棱镜，第三分全反射镜、第七成像透镜、渥拉斯顿棱镜依次设置在笼式框架上。在其中一个实施例中，所述信号处理单元包括平板电脑或笔记本电脑、延时脉冲发生器、触发线、USB数据线。在其中一个实施例中，所述多通道主动式激光诊断仪还包括支撑基座，所述激光发生单元、反射单元、变焦单元、次级成像单元；分束单元、形状测量单元、电子密度及速度测量单元、磁场测量单元、信号处理单元分别设置在所述底座上。在其中一个实施例中，所述多通道主动式激光诊断仪还包括框架所述笼式框架设置在所述支撑基座上，所述所述激光发生单元、反射单元、变焦单元、次级成像单元；分束单元、形状测量单元、电子密度及速度测量单元、磁场测量单元、信号处理单元设置在所述笼式框架内。在其中一个实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道主动式激光诊断仪，包括：激光发生单元，用于产生偏振的探针光，所述探针光透射过所述待测物后形成携带等离子体信息的信息光；反射单元、变焦单元、次级成像单元、分束单元，沿所述信息光的传输方向依次设置，所述反射单元用于改变偏振的探针激光信号的传播方向，所述变焦单元通过改变焦距对信息光进行不同倍数的放大，所述次级成像单元独立于变焦单元，改变对待测物的放大倍数，调节成像位置，所述分束单元将经过所述变焦单元、次级成像单元放大后的信息光进行分束为形状测量光、电子密度及速度测量光、磁场测量光；形状测量单元，设置在所述分束单元出射的形状测量光的发射方向上，通过所述形状测量单元测量待测物的形状；电子密度及速度测量单元，设置在来自所述分束单元的电子密度及速度测量光的发射方向上，通过所述电子密度及速度测量光测量所述待测物的电子密度和电子速度；磁场测量单元，设置在来自所述反射单元的磁场测量光的发射方向上，通过所述磁场测量光测量所述待测物的轴向自生磁场；信号处理单元，利用平板电脑或笔记本电脑、延迟脉冲发生器通过USB数据线将形状测量单元、电子密度及速度测量单元、磁场测量单元连接，并将采集到的光学图像进行实时处理，得到最终的实验数据。...

【技术特征摘要】
1.一种多通道主动式激光诊断仪，包括：激光发生单元，用于产生偏振的探针光，所述探针光透射过所述待测物后形成携带等离子体信息的信息光；反射单元、变焦单元、次级成像单元、分束单元，沿所述信息光的传输方向依次设置，所述反射单元用于改变偏振的探针激光信号的传播方向，所述变焦单元通过改变焦距对信息光进行不同倍数的放大，所述次级成像单元独立于变焦单元，改变对待测物的放大倍数，调节成像位置，所述分束单元将经过所述变焦单元、次级成像单元放大后的信息光进行分束为形状测量光、电子密度及速度测量光、磁场测量光；形状测量单元，设置在所述分束单元出射的形状测量光的发射方向上，通过所述形状测量单元测量待测物的形状；电子密度及速度测量单元，设置在来自所述分束单元的电子密度及速度测量光的发射方向上，通过所述电子密度及速度测量光测量所述待测物的电子密度和电子速度；磁场测量单元，设置在来自所述反射单元的磁场测量光的发射方向上，通过所述磁场测量光测量所述待测物的轴向自生磁场；信号处理单元，利用平板电脑或笔记本电脑、延迟脉冲发生器通过USB数据线将形状测量单元、电子密度及速度测量单元、磁场测量单元连接，并将采集到的光学图像进行实时处理，得到最终的实验数据。2.根据权利要求1所述的多通道主动式激光诊断仪，其特征在于，所述激光发生单元包括：激光器、第一偏振片和第一衰减片，所述第一偏振片、第一衰减片设置在所述激光器的激光出射方向上。3.根据权利要求1所述的多通道主动式激光诊断仪，其特征在于，所述变焦单元包括：第一成像透镜、第二成像透镜、光圈、第三成像透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，平永利，仲佳勇，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11