專利名稱：激光測溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于測溫技術(shù)，具體涉及激光測溫裝置。
在一些高能物理學(xué)領(lǐng)域，常常需要精確測量微觀粒子的溫度。當(dāng)這些微觀粒子具有超常的溫度時，只能采用非接觸式的測溫方法。磁場約束等離子體是目前世界上受控核聚變研究的主要途徑。環(huán)形磁約束裝置，即托卡馬克裝置是受控核聚變研究的主要裝置。氫及其同位素在托卡馬克裝置中被電離為高溫等離子體，并在強(qiáng)磁場的作用下被束縛在裝置中發(fā)生核聚變反應(yīng)，釋放出聚變能源，此聚變反應(yīng)的溫度極高，測量非常困難。目前尚未見對其溫度進(jìn)行測量的裝置。
本實用新型的目的在于提供一種等離子溫度測量的激光測溫裝置。
為實現(xiàn)本實用新型的技術(shù)方案，發(fā)明人提出如下技術(shù)方案，它包括設(shè)在可調(diào)整的基準(zhǔn)面上的激光發(fā)生器，激光路及其校準(zhǔn)裝置，散射光接收處理裝置。在激光路的輸出端與散射光的輸入端之間設(shè)有光子信號增強(qiáng)器。
由于激光具有極高的功率密度，極好的單色性和極低的發(fā)散性，它不干擾被研究的等離子體，時間、空間分辨很高，所以利用激光的90°湯姆遜散射可以測量托卡馬克等離子體電子溫度。
激光可以看作是一個強(qiáng)的電磁波，等離子體中的電子在強(qiáng)電磁場的作用下，產(chǎn)生受迫振蕩，從而再輻射電磁波，這就是散射波。如果電子為冷電子或原子、分子中的速縛電子，則散射波的頻率為原入射電磁波的頻率，如瑞利散射。但對于處于熱平衡狀態(tài)等離子體中的高速運動的電子，它相對于入射電磁波和靜止的探測器產(chǎn)生雙多普勒效應(yīng)，通過求等離子體中的符拉索夫方程和泊松方程，可求出這個散射譜的分布，在散射參數(shù)α=1／kλD=λ0／4∏λDsinθ／2＜1情況下，散射譜反映出電子速度分布，并隨電子熱運動的速度不同，散射頻譜將產(chǎn)生不同的多普勒加寬。
90°激光湯姆遜散射P(λ)sca1／P0=10-12-10-14由于散射光強(qiáng)遠(yuǎn)小于入射光強(qiáng)，所以90°激光湯遜散射的散射信號是弱信號。
散射功率譜分布為I(λ)dλ=Ne·I0·δT·ΔΩ·S(λ)dλ其中Ne=neV； 利用散射理論測量電子溫度的理論并不復(fù)雜，并且精度高。但由于湯姆遜散射截面非常小(約為8×10-26cm2)，散射能量的總值只是入射激光能量的10-15左右，何況還要分譜測量，所以散射信號極其微弱(一般只有幾百個光子)，在實際測量中極其困難。
本實用新型采用一個弱信號增強(qiáng)器，以增強(qiáng)散射光接收信號，以達(dá)到測溫的目的。


圖1激光測溫裝置結(jié)構(gòu)示圖。
圖2散射光接收裝置示圖。
圖3光子信號增強(qiáng)器Ⅰ示圖。
圖4光子信號增強(qiáng)器Ⅱ示圖。
如圖1所示，激光發(fā)生器1的激光光路包括濾光片3，聚焦組合反射棱鏡4及布儒斯特角透鏡5。校準(zhǔn)裝置包括標(biāo)準(zhǔn)光源2及設(shè)在激光光路最前面的可移動的反射鏡6。布儒斯特角透鏡5的輸出端為光子信號增強(qiáng)器7。光子信號增強(qiáng)器7的散射光輸出通過聚焦鏡8與散射光接收處理裝置9連接。光子信號增強(qiáng)器側(cè)面設(shè)光吞食器10。
散射光接收處理裝置9如圖2所示它包括標(biāo)準(zhǔn)光源9．1，可移動的反射鏡9．2，聚焦鏡8的輸出通過入射狹縫9．3，濾光片9．4，柱面鏡9．5，球面反射鏡9．6，衍射光柵9．7和球面反射鏡9．8進(jìn)入光譜儀及光電倍增管9．9。其后由信號處理后計算測量溫度。
光子信號增強(qiáng)器7如圖3，激光輸入鏡7．1上開設(shè)激光進(jìn)入孔7．3，其鏡面為附著硬膜7．4的凹鏡。激光輸出鏡7．2鏡面的一部分附著硬膜7．5為凸鏡。
圖4的光子增強(qiáng)器7為相對設(shè)置的兩個凹鏡。
光子增強(qiáng)器7的側(cè)面及激光輸入鏡及激光輸出鏡之間為散射光輸出口11。
光子增強(qiáng)器的原理是將激光在其中經(jīng)過多次反射，增加散射光光子數(shù)量，從而得以采集處理測量等離子體的溫度。
權(quán)利要求1.激光測溫裝置，它包括設(shè)在可調(diào)整的基準(zhǔn)面上的激光發(fā)生器，激光路及其校準(zhǔn)裝置，散射光接收處理裝置，其特征在于在激光路的輸出端與散射光的輸入端之間設(shè)有光子信號增強(qiáng)器。
2.如權(quán)利要求1所述激光測溫裝置，其特征在于光子信號增強(qiáng)器包括激光輸入鏡和激光輸出鏡；激光輸入鏡上開設(shè)激光進(jìn)入孔，其鏡面附著硬反射膜，激光輸出鏡鏡面的一部分附著硬反射膜，激光輸入鏡及激光輸出鏡之間設(shè)散射光輸出口。
專利摘要本實用新型公開了一種激光測溫裝置。該裝置包括設(shè)在可調(diào)整的基準(zhǔn)面上的激光發(fā)生器,激光光路及其校準(zhǔn)裝置,散射光接收處理裝置。在激光光路的輸出端與散射光的輸入端之間設(shè)光子信號增強(qiáng)器。該裝置采用弱信號增強(qiáng)器,以增強(qiáng)散射光接收信號,有效地測量等離子體的溫度。
文檔編號G01J5/58GK2418473SQ0022955
公開日2001年2月7日 申請日期2000年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者馮潔, 馮俊 申請人:馮潔