[发明专利]一种实时测量宽域等离子体密度的方法及系统

说明书

本发明属于等离子体密度诊断技术，具体公开了一种实时测量宽域等离子体密度的方法及系统，搭建由激光光源，两个倍频晶体、调制器、数据处理单元等组成的系统，将激光光源，通过倍频方法转变成同轴传输的两束不同频率的光，利用调制技术和信号搬移技术将两束光通过被测量介质的相位差鉴别出来，并实时记录和输出，这个相位差与介质的待测密度有关,从而获得密度的实时测量结果，测量范围宽，测量束偏折小，无振动影响的等离子体电子密度测量方法和系统。

技术领域

本发明属于等离子体密度诊断技术，具体涉及一种实时测量宽域等离子体密度的方法及测量系统。

背景技术

在低温(如线性装置)和高温(如托卡马克装置)等离子体物理研究中，等离子体电子密度的实时测量是装置运行和物理研究的最基本，也是最重要的诊断系统之一。特别是装置运行中需要不断获取密度信息用于密度的反馈控制，对测量系统就提出了具有一定时间分辨的实时信号输出的要求。

通常等离子体电子密度的测量采用的是双光束干涉方法：一束光通过等离子体，另一束光不通过等离子体，利用这两束光的相位差来获得等离子体的密度信息。由于满足测量条件的激光波长非常有限，一般很难用一套激光干涉仪系统同时满足低温和高温等离子体的密度测量。比如对于密度较低的等离子体(如托卡马克高温等离子体，10¹⁸m^-3＜ne≤10²⁰m^-3)通常选用远红外激光，激光波长较长，折射效应较高，当密度变化过快时，容易出现条纹记数丢失，使测量失败；对于密度较高的等离子体(如线性装置低温等离子体，10¹⁹m^-3＜ne≤10²²m^-3)通常选用短波长激光，但是探测波长短，系统的振动影响将不能忽略，必须用复杂的两个独立的激光组成的两套干涉仪系统才能正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时测量宽域等离子体密度的方法及装置，能够实时准确的获得广域的等离子体密度。

本发明的技术方案如下：

一种实时测量宽域等离子体密度的方法及系统，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。

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+g sin(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。