一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核聚變裝置托卡馬克物理診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國際上正在廣泛開展托卡馬克聚變研究，激光湯姆遜散射診斷是托卡馬克聚變研究中最為重要的診斷之一，因測量原理基本沒有假設(shè)等特點，測量結(jié)果準(zhǔn)確，在聚變研究界被公認(rèn)為是可以同時提供等離子體物理研究中重要的基本參數(shù)電子溫度Te與密度Ne的時、空分布的最為可靠的診斷手段?，F(xiàn)有裝置的激光湯姆遜散射診斷時間分辨率局限在ms量級，也就是激光脈沖頻率最大在百Hz水平。由于激光技術(shù)限制大能量高頻激光器不容易實現(xiàn)，因此激光湯姆遜散射診斷的時間分辨率的提高受到制約，同時需要匹配的高的數(shù)據(jù)采樣頻率，也就是說要提高激光湯姆遜散射診斷的時間分辨率必須提高激光光源的脈沖重復(fù)頻率以及數(shù)據(jù)采樣頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)，包括有激光器、激光束光路傳輸組件、EAST托卡馬克裝置、大孔徑大視場角光學(xué)成像系統(tǒng)、30根信號傳輸光纖、30個光譜儀和GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，激光器產(chǎn)生脈沖重復(fù)頻率4KHz波長1064nm的串脈沖激光，激光束經(jīng)激光束光路傳輸組件并聚焦導(dǎo)入EAST托卡馬克裝置中，在EAST托卡馬克裝置中激光與等離子體作用發(fā)生湯姆遜散射，散射信號經(jīng)大孔徑大視場角成像系統(tǒng)成像至30根光纖端面，散射信號由30根信號傳輸光纖分別導(dǎo)入30個光譜儀，30個光譜儀進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后分別進(jìn)入GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，實現(xiàn)散射信號的采集和數(shù)據(jù)分析，計算獲得等離子體的電子溫度和密度的時空分布參數(shù)，實現(xiàn)對等離子體的物理測量。
[0005]所述的激光器為單脈沖3J脈寬10-12ns波長1064nm的Nd:YAG串脈沖激光器，每串脈沖包含多個脈沖，且脈沖均勻，基本相似，脈沖重復(fù)頻率4KHz以上，也就是說湯姆遜散射診斷系統(tǒng)時間分辨率為250耶，滿足診斷超高時間分辨率需求，以保證獲得EAST等離子體放電期間高分辨率的時空分布，進(jìn)行更精細(xì)的等離子體物理分析研究。
[0006]串脈沖激光器連續(xù)出光，串與串之間的重復(fù)頻率為0.5-2Hz，保證湯姆遜散射系統(tǒng)在EAST等離子體每一炮放電脈沖時間內(nèi)連續(xù)測量采集散射信號。
[0007]所述的激光束光路傳輸組件包括有若干個反射鏡和一個透鏡組成的。
[0008]所述的GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)包括有VME采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理計算機(jī)，所述的VME采集系統(tǒng)包括有VME采集機(jī)箱、高頻采集模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、門模塊和控制模塊，高頻采集模塊取代以往的電荷積分模塊保證更高采樣頻率，所述的高頻采集模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、門模塊和控制模塊都插在VME采集機(jī)箱內(nèi)的插槽中，高頻采集模塊與光譜儀相連，采集光譜儀輸出信號，外部觸發(fā)信號經(jīng)門模塊整形在特定的時間輸出ECL信號，ECL信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為NM信號以觸發(fā)高頻采集模塊工作，控制模塊與計算機(jī)相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸采集。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明應(yīng)用大能量高頻可連續(xù)輸出的激光器作為激光湯姆遜散射主動診斷的光源，為實現(xiàn)湯姆遜散射超高時間分辨率的診斷提供了必要條件，發(fā)展了匹配的GHz采樣頻率的實時采集系統(tǒng)，最終實現(xiàn)超高時間分辨率的激光湯姆遜散射診斷，適用于核聚變托卡馬克物理診斷研究。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明工作原理框圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖1所示，一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)，包括有激光器5、激光束光路傳輸組件6、EAST托卡馬克裝置7、大孔徑大視場角光學(xué)成像系統(tǒng)8、30根信號傳輸光纖9、30個光譜儀10和GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)11，激光器5產(chǎn)生脈沖重復(fù)頻率4KHz波長1064nm的串脈沖激光，激光束經(jīng)激光束光路傳輸組件6并聚焦導(dǎo)入EAST托卡馬克裝置7中，在EAST托卡馬克裝置7中激光與等離子體作用發(fā)生湯姆遜散射，散射信號經(jīng)大孔徑大視場角成像系統(tǒng)8成像至30根光纖9端面，散射信號由30根信號傳輸光纖9分別導(dǎo)入30個光譜儀10，30個光譜儀10進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后分別進(jìn)入GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)11，實現(xiàn)散射信號的采集和數(shù)據(jù)分析，計算獲得等離子體的電子溫度和密度的時空分布參數(shù)，實現(xiàn)對等離子體的物理測量。
[0012]激光器5分光經(jīng)由信號發(fā)生器12提供GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)11的外部觸發(fā)信號，以便觸發(fā)采集系統(tǒng)工作;計算機(jī)2是外控器13的上位機(jī)，實現(xiàn)對外控器13的操作，托卡馬克運(yùn)行的觸發(fā)信號經(jīng)外控器13觸發(fā)激光器5工作;計算機(jī)1與VNE采集系統(tǒng)相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸采集;計算機(jī)3通過局域網(wǎng)14可直接遠(yuǎn)程控制計算機(jī)1和2;計算機(jī)4將采集的數(shù)據(jù)分析處理上傳至數(shù)據(jù)庫15。
[0013]所述的激光器5為單脈沖3J脈寬10-12ns波長1064nm的Nd:YAG串脈沖激光器，每串脈沖包含多個脈沖，且脈沖均勻，基本相似，脈沖重復(fù)頻率4KHz以上，也就是說湯姆遜散射診斷系統(tǒng)時間分辨率為250耶，滿足診斷超高時間分辨率需求，以保證獲得EAST等離子體放電期間高分辨率的時空分布，進(jìn)行更精細(xì)的等離子體物理分析研究。
[0014]串脈沖激光器連續(xù)出光，串與串之間的重復(fù)頻率為0.5-2HZ，保證湯姆遜散射系統(tǒng)在EAST等離子體每一炮放電脈沖時間內(nèi)連續(xù)測量采集散射信號。
[0015]所述的激光束光路傳輸組件6包括有若干個反射鏡和一個透鏡組成的。
[0016]所述的GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)11包括有VME采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理計算機(jī)，所述的VME采集系統(tǒng)包括有VME采集機(jī)箱、高頻采集模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、門模塊和控制模塊，高頻采集模塊取代以往的電荷積分模塊保證更高采樣頻率，所述的高頻采集模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、門模塊和控制模塊都插在VME采集機(jī)箱內(nèi)的插槽中，高頻采集模塊與光譜儀相連，采集光譜儀輸出信號，外部觸發(fā)信號經(jīng)門模塊整形在特定的時間輸出ECL信號，ECL信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為NIM信號以觸發(fā)高頻采集模塊工作，控制模塊與計算機(jī)相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸采集。
【主權(quán)項】
1.一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)，其特征在于:包括有激光器、激光束光路傳輸組件、EAST托卡馬克裝置、大孔徑大視場角光學(xué)成像系統(tǒng)、30根信號傳輸光纖、30個光譜儀和GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，激光器產(chǎn)生脈沖重復(fù)頻率4KHz波長1064nm的串脈沖激光，激光束經(jīng)激光束光路傳輸組件并聚焦導(dǎo)入EAST托卡馬克裝置中，在EAST托卡馬克裝置中激光與等離子體作用發(fā)生湯姆遜散射，散射信號經(jīng)大孔徑大視場角成像系統(tǒng)成像至30根光纖端面，散射信號由30根信號傳輸光纖分別導(dǎo)入30個光譜儀，30個光譜儀進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后分別進(jìn)入GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，實現(xiàn)散射信號的采集和數(shù)據(jù)分析，計算獲得等離子體的電子溫度和密度的時空分布參數(shù)，實現(xiàn)對等離子體的物理測量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光器為單脈沖3J脈寬10-12ns波長1064nm的Nd:YAG串脈沖激光器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)，其特征在于:所述的串脈沖激光器連續(xù)出光，串與串之間的重復(fù)頻率為0.5-2Hz。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光束光路傳輸組件包括有若干個反射鏡和一個透鏡組成的。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)，其特征在于:所述的GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)包括有VME采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理計算機(jī)，所述的VME采集系統(tǒng)包括有VME采集機(jī)箱、高頻采集模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、門模塊和控制模塊，所述的高頻采集模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊、門模塊和控制模塊都插在VME采集機(jī)箱內(nèi)的插槽中，高頻采集模塊與光譜儀相連，采集光譜儀輸出信號，外部觸發(fā)信號經(jīng)門模塊整形在特定的時間輸出ECL信號，ECL信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為N頂信號以觸發(fā)高頻采集模塊工作，控制模塊與計算機(jī)相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸采集。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超高時間分辨率激光湯姆遜散射診斷系統(tǒng)，激光器產(chǎn)生脈沖重復(fù)頻率4KHz波長1064nm的串脈沖激光，激光束經(jīng)激光束光路傳輸組件并聚焦導(dǎo)入EAST托卡馬克裝置中，在EAST托卡馬克裝置中激光與等離子體作用發(fā)生湯姆遜散射，散射信號經(jīng)大孔徑大視場角成像系統(tǒng)成像至數(shù)根光纖端面，散射信號由光纖傳輸分別導(dǎo)入30個光譜儀，30個光譜儀進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后分別進(jìn)入GHz采樣頻率的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。本發(fā)明應(yīng)用大能量高頻可連續(xù)輸出的激光器作為激光湯姆遜散射主動診斷的光源，為實現(xiàn)湯姆遜散射超高時間分辨率的診斷提供了必要條件，最終實現(xiàn)超高時間分辨率的激光湯姆遜散射診斷。
【IPC分類】G01N21/47
【公開號】CN105445228
【申請?zhí)枴緾N201510924935
【發(fā)明人】臧慶, 胡愛蘭, 陳慧
【申請人】中國科學(xué)院等離子體物理研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月11日