EAST遠(yuǎn)紅外HCN雙色激光器系統(tǒng)的研制及中頻控制的研究.pdf

1、托卡馬克聚變裝置中，衡量等離子體各種物理現(xiàn)象的一個(gè)重要參數(shù)是電子密度，遠(yuǎn)紅外激光干涉儀已經(jīng)較為普遍的應(yīng)用于等離子體電子密度測(cè)量。對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)屬于外差式類型的干涉儀，必須有用于外差探測(cè)所需的中頻信號(hào)。產(chǎn)生中頻信號(hào)一般有兩種常用的方法：轉(zhuǎn)動(dòng)光柵法或雙色激光器系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動(dòng)光柵法產(chǎn)生的中頻主要是由機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件來實(shí)現(xiàn)，雖然這種方法簡(jiǎn)單易行，但中頻信號(hào)穩(wěn)定性差并且調(diào)制頻率受限，導(dǎo)致干涉儀的時(shí)間分辨率較低。鑒于EAST裝置長(zhǎng)脈沖運(yùn)行特點(diǎn)以及未來實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2、的提高，遠(yuǎn)紅外HCN激光干涉儀診斷系統(tǒng)必須提供連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的電子密度反饋信號(hào)，并具有高的時(shí)間分辨率進(jìn)行電子密度快速變化及擾動(dòng)的測(cè)量。因此，研制雙色激光器系統(tǒng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的兆赫茲中頻信號(hào)，可以極大提高干涉儀的時(shí)間分辨率。
　　本文基于HCN雙色激光器系統(tǒng)產(chǎn)生兆中頻信號(hào)的技術(shù)與原理,研制、搭建了雙色激光器硬件系統(tǒng)，提出中頻和功率控制的設(shè)計(jì)思路。完成了中頻控制系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)與編寫，進(jìn)行了雙色激光器系統(tǒng)中頻輸出特性的研究。根據(jù)當(dāng)前實(shí)

3、驗(yàn)的調(diào)整，完成對(duì)干涉儀系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，其中包括：光路的改造計(jì)算，諧振腔調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，轉(zhuǎn)動(dòng)光柵的升級(jí)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明調(diào)節(jié)諧振腔成功獲得不同的中頻信號(hào)(0.8MHz~6MHz)，并且通過控制系統(tǒng)改變諧振腔長(zhǎng)度為10m時(shí)，產(chǎn)生約為2.6MHz的中頻。特別地，為深入研究中頻信號(hào)和功率穩(wěn)定性的關(guān)系，進(jìn)行了中頻信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間記錄，得到中頻信號(hào)只可以在2MHz~3MHz區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定數(shù)分鐘。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)中頻理論進(jìn)行驗(yàn)證，調(diào)節(jié)不同激光器

4、的諧振腔長(zhǎng)度來準(zhǔn)確分析中頻信號(hào)的前后變化。實(shí)驗(yàn)中連續(xù)調(diào)節(jié)諧振腔，得到中頻信號(hào)逐漸增大，功率逐漸減小的基本關(guān)系。針對(duì)雙色激光器系統(tǒng)產(chǎn)生中頻信號(hào)波動(dòng)性進(jìn)行了分析，給出相應(yīng)合理的解釋。光路的改造設(shè)計(jì)極大提高裝置放電效率，諧振腔調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的改造使得控制精度得以提升，轉(zhuǎn)動(dòng)光柵的升級(jí)在未來可以應(yīng)用光學(xué)系統(tǒng)中，提高干涉儀時(shí)間分辨率。
　　本文的研究結(jié)果表明雙色激光器系統(tǒng)已經(jīng)成功建立，并對(duì)中頻信號(hào)輸出特性的進(jìn)行基本分析，為后續(xù)中頻的精確控制奠定了基