[实用新型]基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学诊断领域，特别涉及基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置。

背景技术

磁约束聚变装置运行过程中放电等离子体温度高达上亿度，并伴随着极高的热流辐照和高能粒子流轰击，这使得常规接触式等离子体诊断设备无法工作。在现代磁约束核聚变装置中，光学诊断技术得到了广泛应用。光学诊断技术一般通过第一镜来直接观测放电等离子体。光学诊断设备通常需要拥有较为广阔的视角，这样第一镜不得不安装在磁约束聚变装置的真空放电腔室内广角度地暴露给等离子体。在现代磁约束核聚变装置中，正常运行条件下，都会产生一定量的杂质灰尘，并与燃料（氘，氚）相互作用共同沉积在第一镜表面。这种沉积杂质层将会造成第一镜光学性能下降，从而导致诊断工作参数的失实，严重时甚至导致整个测量系统无法工作。

太赫兹（Terahertz, THz）波通常指的是频率处在0.1THz~10THz之间的电磁波，介于微波和红外之间。太赫兹波具有比毫米波更短的波长，这使得太赫兹波成像具有更高的空间分辨率。研究发现，太赫兹光谱技术能够迅速地对样品组成的细微变化做出分析和鉴别，而且太赫兹光谱技术是一种非接触测量技术，使它能够对第一镜表面的尘埃杂质层的理化指标实现原位，在线分析研究。这可以在一定范围内纠正由于第一镜光学参数下降所产生的测量误差，并对于第一镜激光清洗工作具有指导意义，对于整个光学诊断技术的稳定运行十分重要。

发明内容

本实用新型的目的是：为解决上述现有技术中的技术问题，提供一种基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置，能够实现无损、原位、在线分析磁约束聚变装置第一镜表面杂质沉积层的成分及结构信息，对监测杂质灰尘分布情况，氘氚燃料滞留等热点问题有着不可比拟的优势。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置，包括：计算机控制系统1、波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7、三维扫描系统12，磁约束聚变装置3、若干抛面镜；

所述计算机控制系统1通过数据线分别与波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7、三维扫描系统12信号连接；

所述波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7平行放置，固定支架6两端对称设置第一抛面镜8和第四抛面镜11，第一抛面镜8和第四抛面镜11的反射面分别朝向波长可调谐太赫兹波发射模块2的发射端、太赫兹波接收模块7的接收端；第二抛面镜9设置于第一抛面镜8、第一镜5之间的反射光路上；第三抛面镜10设置于第二抛面镜9、第一镜5之间的反射光路上；第一镜5设置于磁约束聚变装置3内部。

所述波长可调谐太赫兹波发射模块2，通过信号线与计算机控制系统1相连接，在接到计算机控制系统1发出的指令后，波长可调谐太赫兹发射模块2产生宽谱太赫兹波(频率为0.1THz~10THz 的电磁波，可在0.1THz~10THz范围内选择性的输入。波长可调谐太赫兹波发射模块2输出的太赫兹波经第一抛面镜8、第二抛面镜9并通过安装在磁约束聚变装置3腔室上的太赫兹入射窗口4入射并聚焦到第一镜5表面；经第一镜5表面反射的太赫兹波通过太赫兹入射窗口4入射到第三抛面镜10上，经第四抛面镜11调整后，准直聚焦到太赫兹波接收模块7。

所述太赫兹波接受模块7受控于计算机控制系统1。计算机控制系统1发出指令控制可调谐太赫兹波发射模块2发射太赫兹波的同时，发出指令控制太赫兹接收模块7做好接收反射太赫兹波的准备。当太赫兹波准直聚焦到太赫兹接收模块7的太赫兹波传感器上时，太赫兹波接收模块7记录探测到的太赫兹反射信号（即携带第一镜表层杂质信息的反射率谱），并传入计算机控制系统1，进一步解析计算提取出该位置杂质成分及杂质层厚度信息。

所述三维扫描系统12受控于计算机控制系统1。当完成第一镜5表面某区域的测量任务后，计算机控制系统1发出指令，控制三维扫描系统12携带可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7、第一抛面镜8、第二抛面镜9、第三抛面镜10及第四抛面镜11同步移动到下一个测量位置。