本发明专利技术公布了一种诊断偏滤器等离子体中粒子数密度的共振激光干涉仪。构成整个干涉仪有稳频激光器、可调谐激光器、法拉第隔离器、分束装置、声光晶体、声光调制驱动器、光纤耦合器、合束装置、光电探测器、窄带滤波片、偏振片、波长计、1/2波片、光纤跳线、笼杆以及信号采集处理系统。传统光谱测量技术确定中性粒子数密度绝对值需要标定。本发明专利技术采用共振干涉仪利用原子对激光的色散效应，通过扫频获得特定能态的氢原子的相移色散关系能够给出氢原子的绝对数密度。进一步的，可以选择不同频率的激光器和光路元器件实现多束、多频激光输出。多频激光的输出可实现多种其他粒子数密度测量，多束激光空间列阵以实现等离子体中粒子数密度的空间分辨测量。的空间分辨测量。的空间分辨测量。
【技术实现步骤摘要】
一种诊断偏滤器等离子体中粒子数密度的共振激光干涉仪
[0001]本专利技术属于等离子体诊断
，具体涉及一种诊断偏滤器等离子体中粒子数密度的共振激光干涉仪。
技术介绍
[0002]偏滤器是承受托卡马克中稳态热和粒子流的关键等离子体部件，用于把中心等离子体外层的带电粒子导向偏滤器靶板从而减小第一壁的热负荷。这个区域的等离子体由于能量和电离率降低，带电粒子复合产生大量的中性粒子。对托卡马克偏滤器区域等离子体参数诊断，是实现偏滤器脱靶及理解偏滤器物理的基础性工作。目前偏滤器等离子体诊断方法大致分为两类：静电探针法、光学诊断法。
[0003]静电探针属于侵入式测量，会对等离子体产生扰动，应用于偏滤器等离子体诊断时还需考虑强电流和强热负荷带来的损伤。光学诊断方法有发射光谱法、吸收光谱法、激光诱导荧光光谱法和激光干涉法。发射光谱法通过对等离子体中粒子发射谱线的测量，对等离子体参数进行研究。但由于等离子体环境的复杂，谱线的解析是十分困难的。在发射光谱法的基础上，激光诱导荧光光谱法利用激光扰动粒子布居数，测量散射光强度，空间分辨能力和灵敏度高。吸收光谱法利用粒子对特定频率激光的吸收来诊断等离子体参数。光谱学方法诊断等离子体中性粒子数密度共同的困难在于需要光强标定。
[0004]激光干涉法能够直接给出粒子的绝对数密度，无需标定，数值更准确。传统的激光干涉法主要关注电子数密度。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种诊断偏滤器等离子体中粒子数密度的共振激光干涉仪，是一种诊断托卡马克偏滤器等离子体中性氢原子数密度的双波长共振外差式激光干涉仪。所述干涉仪包括激光源模块、等离子体测量模块和干涉模块三个部分。由稳频激光器、可调谐激光器、偏振片、反射镜、第一分束合束镜、法拉第隔离器、声光晶体、声光调制驱动器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器和波长计共同组成激光源模块。由第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、第五光纤耦合器、第六光纤耦合器、笼杆和夹具共同组成等离子体测量模块。由第七光纤耦合器、第八光纤耦合器、半波片、第二分束合束镜、第一窄带滤波片、第二窄带滤波片、第一光电探测器、第二光电探测器和信号采集处理系统共同组成干涉模块。激光源模块与等离子体测量模块之间、等离子体测量模块与干涉模块之间通过光纤跳线相连接。声光调制驱动器和声光晶体之间使用导线连接。第三光纤耦合器、第四光纤耦合器通过夹具与待测量等离子体源固定。信号采集处理系统连接电脑和两光电探测器；其余所有装置按附图1所示位置和顺序固定在光学平台上，且器件之间使用笼杆和笼板固定相对位置。
[0006]传统的光谱测量技术中，确定中性粒子数密度绝对值需要标定。本专利技术采用干涉法测量相移给出粒子的绝对数密度，无需标定；不同于非共振干涉只能测量电子数密度，共振干涉法利用原子对激光的色散效应，通过扫频获得特定能态的氢原子的相移色散关系，
给出氢原子数密度。构成整个干涉仪的激光源模块、等离子体测量模块和干涉模块通过光纤连接，安装简便、适应于复杂的测量应用场景。本专利技术使用的共振干涉法，利用激光频率接近特定能态氢原子跃迁频率时的共振效应来测量氢原子数密度。测量中使用一路稳频氦氖激光和一束可调谐激光。改变可调谐激光的频率(波长)，在指定能态原子特征谱线附近扫频。自由电子对两路相近波长的激光色散情况接近，而指定能态的氢原子对可调谐激光的色散明显。两路激光的相移差带有指定能态氢原子的信息，通过对相移色散曲线的解析获得指定能态中性粒子的数密度。
[0007]本专利技术激光源模块不限于两个激光器，可以选择不同频率(或频率范围)的激光器和光路元器件实现多束、多频激光输出。多频激光的输出可实现多种其他粒子数密度测量，多束激光空间列阵以实现等离子体中粒子数密度的空间分辨测量。
[0008]本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种诊断偏滤器等离子体中粒子数密度的共振激光干涉仪，包括激光源模块、等离子体测量模块和干涉模块；所述激光源模块依次连接等离子体测量模块和干涉模块。
[0010]进一步地，所述激光源模块包括可调谐激光器(1)、稳频激光器(2)、偏振片(3)、第一分束合束镜(4)、反射镜(5)、波长计(6)、法拉第隔离器(7)、声光晶体(8)、声光调制驱动器(9)、第一光纤耦合器(10)和第二光纤耦合器(11)。其中，稳频激光器可以选择但不限于稳频氦氖激光器。稳频激光器(2)输出一路激光经偏振片(3)、反射镜(5)射向第一分束合束镜(4)；可调谐激光器(1)输出一路激光射向第一分束合束镜(4)；两束激光在第一分束合束镜(4)处合束，随后分束成两路激光输出。输出的两路激光都包含可调谐激光器(1)和稳频激光器(2)输出的激光。这两路激光其中一路入射波长计(6)；另外一路经过法拉第隔离器(7)入射声光晶体(8)。从声光晶体(8)后出射两路激光，其中一路入射第一光纤耦合器(10)；另外一路入射第二光纤耦合器(11)。可调谐激光器(1)和稳频激光器(2)固定在光学平台上，偏振片(3)、第一分束合束镜(4)、法拉第隔离器(7)、声光晶体(8)、第一光纤耦合器(10)和第二光纤耦合器(11)之间都使用笼杆连接固定相对位置后固定在光学平台上。
[0011]进一步地，所述等离子体测量模块包括第三光纤耦合器(12)、第四光纤耦合器(13)、第五光纤耦合器(14)、第六光纤耦合器(15)、笼杆和夹具。从第三光纤耦合器(12)出射一路激光穿过待测等离子体(16)随后入射第四光纤耦合器(13)。从第五光纤耦合器(14)出射一路激光入射第六光纤耦合器(15)。
[0012]优选地，第五光纤耦合器(14)和第六光纤耦合器(15)之间使用笼杆连接固定相对位置后固定在光学平台上；第三光纤耦合器(12)、第四光纤耦合器(13)通过夹具与待测量等离子体源固定。待测量等离子体源产生待测等离子体(16)。
[0013]进一步地，所述干涉模块包括第七光纤耦合器(17)、第八光纤耦合器(18)、半波片(19)、第二分束合束镜(20)、第一窄带滤波片(21)、第二窄带滤波片(23)、笼杆、第一光电探测器(22)、第二光电探测器(24)和信号采集处理系统；从第七光纤耦合器(17)出射一路激光经半波片入射第二分束合束镜(20)；从第八光纤耦合器(18)出射一路激光入射第二分束合束镜(20)；两路激光在第二分束合束镜(20)处合束、干涉，随后分束成两路激光输出。其中一路经过第一窄带滤波片(21)射向第一光电探测器(22)；另外一路经过第二窄带滤波片(23)射向第二光电探测器(24)。第七光纤耦合器(17)、第八光纤耦合器(18)、半波片(19)、第二分束合束镜(20)、两窄带滤波片和两光电探测器之间使用笼杆连接，固定相对位置后
固定在光学平台上。
[0014]进一步地，由稳频激光器、偏振片、反射镜、可调谐激光器、第一分束合束镜、法拉第隔离器、声光晶体、声光调制驱动器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器和波长计共同组成激光源模块。
[0015]进一步地，由第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、第五本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种诊断偏滤器等离子体中粒子数密度的共振激光干涉仪，其特征在于，包括激光源模块、等离子体测量模块和干涉模块；所述激光源模块依次连接等离子体测量模块和干涉模块。2.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于，所述激光源模块包括可调谐激光器(1)、稳频激光器(2)、偏振片(3)、第一分束合束镜(4)、反射镜(5)、波长计(6)、法拉第隔离器(7)、声光晶体(8)、声光调制驱动器(9)、第一光纤耦合器(10)和第二光纤耦合器(11)；稳频激光器(2)输出一路激光依次经偏振片(3)和反射镜(5)射向第一分束合束镜(4)；可调谐激光器(1)输出一路激光射向第一分束合束镜(4)；两束激光在第一分束合束镜(4)处合束，随后分束成两路激光输出，输出的两路激光都包含可调谐激光器(1)和稳频激光器(2)输出的激光，这两路激光其中一路入射波长计(6)，另外一路经过法拉第隔离器(7)入射声光晶体(8)；从声光晶体(8)后出射两路激光，其中一路入射第一光纤耦合器(10)，另外一路入射第二光纤耦合器(11)；优选地，可调谐激光器(1)和稳频激光器(2)分别固定在光学平台上，偏振片(3)、第一分束合束镜(4)、法拉第隔离器(7)、声光晶体(8)、第一光纤耦合器(10)和第二光纤耦合器(11)之间都使用笼杆连接固定相对位置后固定在光学平台上；声光调制驱动器(9)和声光晶体(8)之间使用导线连接。3.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于，所述等离子体测量模块包括第三光纤耦合器(12)、第四光纤耦合器(13)、第五光纤耦合器(14)、第六光纤耦合器(15)、笼杆和夹具；从第三光纤耦合器(12)出射一路激光穿过待测等离子体(16)随后入射第四光纤耦合器(13)；从第五光纤耦合器(14)出射一路激光入射第六光纤耦合器(15)；优选地，第五光纤耦合器(14)和第六光纤耦合器(15)之间使用笼杆连接固定相对位置后固定在光学平台上；第三光纤耦合器(12)、第四光纤耦合器(13)分别通过夹具与待测量等离子体源...
【专利技术属性】
技术研发人员：高继昆，陈越，朱晓东，柯巍，丁卫星，庄革，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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