本發(fā)明涉及光學(xué)干涉測(cè)量，具體涉及一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆作為我國(guó)未來更加先進(jìn)的大型托卡馬克裝置，它有兩個(gè)主要的物理設(shè)計(jì)目標(biāo)，分別要實(shí)現(xiàn)1gw的穩(wěn)態(tài)聚變功率以及氚自持。結(jié)合目前的研究結(jié)果，將聚變?nèi)剂现苯幼⑷胙b置芯部，這既能提高芯部等離子體的聚變功率，還能降低氚增值率，從而實(shí)現(xiàn)氚自持的目標(biāo)，因此芯部加料成為控制聚變?nèi)剂系入x子體的核心手段之一。在現(xiàn)有的技術(shù)中，如充氣注入，超分子束以及彈丸注入等方式均很難實(shí)現(xiàn)芯部等離子體的注入，隨著芯部加料實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，緊湊環(huán)注入是目前最有希望實(shí)現(xiàn)芯部加料的技術(shù)之一。

2、為了評(píng)估緊湊環(huán)注入裝置的加料效率，對(duì)其安裝多種診斷系統(tǒng)是非常重要的，本發(fā)明敘述的激光光纖偏振儀系統(tǒng)就是用來測(cè)量緊湊環(huán)等離子體密度的一種診斷技術(shù)。等離子體被稱為物質(zhì)的“第四種狀態(tài)”，它常常是由大量帶電粒子組成的整體呈現(xiàn)準(zhǔn)中性的粒子團(tuán)，可以理解為電離的氣體。緊湊環(huán)注入裝置就是利用電磁炮的原理，首先通過電容的瞬間放電將氣體擊穿形成等離子體，隨后通過洛倫茲力將等離子體加速打出，其產(chǎn)生的等離子體我們稱為緊湊環(huán)等離子體或緊湊環(huán)。

3、目前測(cè)量等離子體密度的診斷方法主要分為兩大類：接觸式和非接觸式。接觸式診斷方法，顧名思義就是通過直接和等離子體接觸從而獲取等離子體的密度信息，它的缺點(diǎn)很明顯：會(huì)破壞等離子體的結(jié)構(gòu)和引入雜質(zhì)。非接觸式診斷方法，主要包括微波測(cè)量法、激光測(cè)量法以及光譜測(cè)量法，隨著技術(shù)發(fā)展，微波測(cè)量法逐漸被激光測(cè)量法取代，光譜測(cè)量法是通過測(cè)量等離子體的譜線強(qiáng)度、位移等相關(guān)物理量來推斷等離子體密度信息。當(dāng)然在非接觸式診斷方法中，激光干涉法是最受關(guān)注的方法之一，激光光纖偏振儀就屬于激光干涉法，傳統(tǒng)的激光光纖偏振儀基本采用開放式光路，導(dǎo)致安裝調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)測(cè)量的精度和穩(wěn)定性低。并且，目前安裝于緊湊環(huán)注入裝置的相關(guān)干涉儀系統(tǒng)，僅僅只能測(cè)量出密度信息，且存在易受外界環(huán)境影響的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，用于解決上述背景技術(shù)中的問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，包括激光器、第一光纖耦合器、圓偏振光產(chǎn)生模塊、第一準(zhǔn)直器、第二準(zhǔn)直器、第二光纖耦合器、第二偏振器、光電轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理模塊；

4、所述激光器用于輸出豎直方向的線偏振激光信號(hào)；

5、所述第一光纖耦合器用于將所述線偏振激光信號(hào)分束為測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)，所述測(cè)量信號(hào)依次通過所述圓偏振光產(chǎn)生模塊、所述第一準(zhǔn)直器、所述等離子測(cè)試區(qū)和所述第二準(zhǔn)直器輸出至所述第二光纖耦合器，所述參考信號(hào)直接輸出至所述第二光纖耦合器；

6、所述第二光纖耦合器用于輸出光束干涉信號(hào)，所述光束干涉信號(hào)通過所述第二偏振器輸出至所述光電轉(zhuǎn)換器，所述光電轉(zhuǎn)換器用于將所述光束干涉信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；

7、所述數(shù)據(jù)處理模塊用于將所述電壓信號(hào)進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)分析以獲得緊湊環(huán)等離子體的密度及磁場(chǎng)信息。

8、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述第一光纖耦合器分束的測(cè)量信號(hào)有兩束，兩束所述測(cè)量信號(hào)通過所述圓偏振光產(chǎn)生模塊時(shí)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光信號(hào)，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的所述圓偏振光信號(hào)依次通過所述第一準(zhǔn)直器、所述等離子測(cè)試區(qū)和所述第二準(zhǔn)直器輸出至所述第二光纖耦合器。

9、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述圓偏振光產(chǎn)生模塊包括第一聲光調(diào)制器、第二聲光調(diào)制器、二分之一波片、第一偏振器和四分之一波片；

10、一束所述測(cè)量信號(hào)依次通過所述第一聲光調(diào)制器、所述二分之一波片、所述第一偏振器和所述四分之一波片輸出至所述第一準(zhǔn)直器，所述二分之一波片用于將這一束所述測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為水平方向的線偏振激光信號(hào)；

11、另一束所述測(cè)量信號(hào)依次通過所述第二聲光調(diào)制器、所述第一偏振器和所述四分之一波片輸出至所述第一準(zhǔn)直器；

12、其中，所述四分之一波片用于將水平方向和/或豎直方向的所述線偏振激光信號(hào)轉(zhuǎn)換為圓偏振光信號(hào)。

13、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述第一光纖耦合器為1×3光纖耦合器。

14、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述第一聲光調(diào)制器為35mhz移頻的聲光調(diào)制器；所述第二聲光調(diào)制器為50mhz移頻的聲光調(diào)制器。

15、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述激光器為保偏窄線寬激光器，輸出激光信號(hào)的波長(zhǎng)為1550nm，且線寬小于3khz。

16、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述第二光纖耦合器為2×1光纖耦合器。

17、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述光束干涉信號(hào)通過所述第二偏振器輸出至所述光電轉(zhuǎn)換器時(shí)，所述第二偏振器用于將光束干擾信號(hào)以豎直方向的線偏振激光信號(hào)輸出到光電轉(zhuǎn)換器。

18、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述第一準(zhǔn)直器和所述第二準(zhǔn)直器之間設(shè)有緊湊環(huán)注入裝置，所述緊湊環(huán)注入裝置用于產(chǎn)生所述等離子測(cè)試區(qū)的緊湊環(huán)等離子體。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、(1)本激光光纖偏振儀系統(tǒng)通過合理布置診斷測(cè)試緊湊環(huán)等離子體的非接觸式元件，以實(shí)現(xiàn)緊湊環(huán)等離子體的密度及磁場(chǎng)信息進(jìn)行高精度測(cè)試，便于通過將參考信號(hào)和經(jīng)過等離子體的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，并通過相位解調(diào)便可提取信號(hào)之間的相位差，然后根據(jù)法拉第效應(yīng)便可得到密度及磁場(chǎng)信息；

21、(2)本申請(qǐng)的激光光纖偏振儀系統(tǒng)通過采用如光纖耦合器的光纖器件，可以減少了開放式光學(xué)器件的使用，大大降低了成本和減少了平臺(tái)搭建時(shí)間，同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)過程外部環(huán)境的干擾；

22、(3)本申請(qǐng)的激光光纖偏振儀系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于不需要使用光柵調(diào)制，就可以得到偏振和干涉信號(hào)，避免了調(diào)制引入的誤差和信號(hào)的不穩(wěn)定，優(yōu)化了測(cè)量精度。

技術(shù)特征：

1.一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器(1)、第一光纖耦合器(2)、圓偏振光產(chǎn)生模塊(3)、第一準(zhǔn)直器(4)、第二準(zhǔn)直器(6)、第二光纖耦合器(7)、第二偏振器(8)、光電轉(zhuǎn)換器(9)和數(shù)據(jù)處理模塊(10)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光纖耦合器(2)分束的測(cè)量信號(hào)有兩束，兩束所述測(cè)量信號(hào)通過所述圓偏振光產(chǎn)生模塊(3)時(shí)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光信號(hào)，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的所述圓偏振光信號(hào)依次通過所述第一準(zhǔn)直器(4)、所述等離子測(cè)試區(qū)(5)和所述第二準(zhǔn)直器(6)輸出至所述第二光纖耦合器(7)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，其特征在于，所述圓偏振光產(chǎn)生模塊(3)包括第一聲光調(diào)制器(11)、第二聲光調(diào)制器(12)、二分之一波片(13)、第一偏振器(14)和四分之一波片(15)；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光纖耦合器(2)為1×3光纖耦合器。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，其特征在于，所述第一聲光調(diào)制器(11)為35mhz移頻的聲光調(diào)制器；所述第二聲光調(diào)制器(12)為50mhz移頻的聲光調(diào)制器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器(1)為保偏窄線寬激光器(1)，輸出激光信號(hào)的波長(zhǎng)為1550nm，且線寬小于3khz。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光纖耦合器(7)為2×1光纖耦合器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，其特征在于，所述光束干涉信號(hào)通過所述第二偏振器(8)輸出至所述光電轉(zhuǎn)換器(9)時(shí)，所述第二偏振器(8)用于將光束干擾信號(hào)以豎直方向的線偏振激光信號(hào)輸出到光電轉(zhuǎn)換器(9)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，其特征在于，所述第一準(zhǔn)直器(4)和所述第二準(zhǔn)直器(6)之間設(shè)有緊湊環(huán)注入裝置(16)，所述緊湊環(huán)注入裝置(16)用于產(chǎn)生所述等離子測(cè)試區(qū)(5)的緊湊環(huán)等離子體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于緊湊環(huán)等離子體的激光光纖偏振儀系統(tǒng)，包括激光器、第一光纖耦合器、圓偏振光產(chǎn)生模塊、第一準(zhǔn)直器、第二準(zhǔn)直器、第二光纖耦合器、第二偏振器、光電轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理模塊，本激光光纖偏振儀系統(tǒng)通過合理布置診斷測(cè)試緊湊環(huán)等離子體的非接觸式元件，以實(shí)現(xiàn)緊湊環(huán)等離子體的密度及磁場(chǎng)信息進(jìn)行高精度測(cè)試。本申請(qǐng)通過將參考信號(hào)和經(jīng)過等離子體的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，并通過相位解調(diào)便可提取信號(hào)之間的相位差，然后根據(jù)法拉第效應(yīng)便可得到密度及磁場(chǎng)信息；此外，本申請(qǐng)減少了開放式光學(xué)器件的使用，大大降低了成本和減少了平臺(tái)搭建時(shí)間，同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)過程外部環(huán)境的干擾。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘富彬,季恒大,譚名昇,葉揚(yáng),渠承明,王曉鵬,孔德峰,張壽彪,嚴(yán)建文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心能源研究院（安徽省能源實(shí)驗(yàn)室）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6