[发明专利]一种实时测量宽域等离子体密度的方法及系统

权利要求书

1.一种实时测量宽域等离子体密度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)将源光束通过倍频方法转变成同轴传输的两束不同频率的光，偏振方向互相垂直；

步骤2)将步骤1)得出的两束光通过调制器，使得与调制器偏振方向平行的倍频光相位被调制，源光不被调制，确定被测量介质前的相位；

步骤3)经过待测介质后，确定两束光的相位；

步骤4)通过倍频方法将步骤3)的源光束产生第二个倍频光，并分别确定两束倍频光通过待测介质后的相位差；

步骤5)利用光通过该介质的相位差，确定待测介质的密度；

所述的步骤1)中初始光源波束偏振方向竖直，经过第一倍频晶体之后，产生一束偏振方向水平的第一倍频光，利用下式确定激光基波相位φ_激光和第一倍频晶体产生的倍频波相位φ_倍频光1

φ_激光＝ωt+ψ_{激光初始相位}

其中，ω为激光角频率，t为时间，ψ_{激光初始相位}为激光光源初始相位，ψ_{倍频光1初始相位}为第一倍频光初始相位。

2.如权利要求1所述的一种实时测量宽域等离子体密度的方法，其特征在于，所述的步骤2)中，通过调制解调器后，激光相位不变，第一倍频光被调制，其调制后的相位利用下式确定：

φ_{倍频光1调制后}＝2ωt+gsin(ω_{m调制频率}t)+ψ_{倍频光1初始相位}

其中，ω_{m调制频率}为调制器产生的调制频率。

3.如权利要求2所述的一种实时测量宽域等离子体密度的方法，其特征在于，所述的步骤3)具体为：

步骤3.1)待测介质即为等离子体，首先让激光和第一倍频光分别经过等离子体，之后，基波和倍频波的相位发生改变，利用下式确定此时基波和倍频波的相位：

其中，K＝e²n_eL/(2ε₀m_ec)，n_e为待测等离子体线平均密度，L为通过等离子体的距离，ε₀，m_e，c分别为介电常数，电子质量和光速，Δl为振动的幅度，g为调制幅度，ω_m为调制频率；

步骤3.2)激光和第一倍频光分别经过等离子体后再通过第二倍频晶体，利用下式确定第二倍频光相位

φ_{激光经过测量介质并倍频后}＝2ωt+2K/ω+4πωΔl/c+2ψ_{激光初始相位}。

4.如权利要求3所述的一种实时测量宽域等离子体密度的方法，其特征在于，所述的步骤4)中使源激光、第一倍频光和第二倍频光经过滤波片，激光产生的基波被滤光片滤去，两束倍频光的倍频波通过探测器混频，得到的探测信号I，利用下式确定该信号

5.如权利要求4所述的一种实时测量宽域等离子体密度的方法，其特征在于，所述的步骤5)具体为：

步骤5.1)从调制器接收两个方波参考信号，将上述方波信号变换为相位相差90度的正弦和余弦信号，然后通过数字乘法器将测量信号与这两个信号分别相乘，得到探测信号中频率为ω_m的信号幅值和探测信号中频率为2ω_m的信号幅值

步骤5.2)利用下式确定待测等离子体密度，

ψ₀＝2ψ_激光初相-ψ_{倍频光1初相}

其中，C＝4ωε₀m_ec/3e²L。