微波干涉仪测量等离子体电子密度

由于微波在等离子体中传播时其幅度和相位都随着等离子体状态的变化而变化， 因而可利用微波干涉仪测量等离子体的动态电子密度．     

易于数字化处理等离子体密度的微波干涉仪

一、引言 用微波干涉仪测量等离子体电子密度是一种常用的诊断手段,但通常不易于数字化,并且精度也不高。本文描述了用阶梯波调制的微波干涉仪原理,提出了用计算机直接处理干涉信号的方法,并实际测得了密度曲线。实验结果表明:这种干涉仪的原理及处理方法对于稳态长脉冲等离子体实验装置的密度测量是可行的。测量的相移量容易达到π/10。并且不需增加任何电子线路和微波器件。     

托卡马克微波干涉信号的实时处理

微波条纹移动干涉仪可用来测量等离子体电子密度及其分布,是一种相当有用的高温等离子体诊断工具(1).通常用干涉条纹的斑马图来直观地显示等离子体电子密度的变化,但它不能直接给出电子密度的值,因此无法用斑马图信号直接进行如密度反馈控制等物理实验.也无法将这信号经通用模数转换器用计算机采集和处理.为此有必要研制能把斑马信号实时转化为密度值的直读式处理系统. 实验中发现,由于各种原因造成微波干涉信号具有无法用模拟实验可以获得的相当复杂的扰动结构.为此我们先设计了一个专用的计算机采集系统,这样不仅能采集斑马信号,搞清干涉…     

大相移直读式微波干涉仪

一、引 言 微波法测量等离子体的电子密度通常采用 Wharton-Gardner条纹干涉仪,这种经典的条纹干涉仪对于大截面高密度的瞬变等离子体所产生的数十个2π相移变化特别是电子密度之空间分布的测量有一定的局限性。当相移超过10个2π弧度时,在示波器上读取这种干涉仪的条纹移动是很困难的。而大相移直读式微波相位测量系统能把瞬变等离子体引起的微波相移的2π弧度的数目转换成电脉冲。这些对应于密度上升和下降的2π弧度相移量的脉冲经过适当处理,既可供直读也可供计算机进行数据处理。目前该系统每500微秒可分辨2π弧度的相移。同时,它还可以利用波导桥网络的检波输出在示波器上观测条纹的移动,以便进行监测。所以它对于大型或中型托卡马克装置的测量是比较适合的。     

利用x射线激光干涉诊断等离子体电子密度

x射线激光探针干涉方法是诊断高温高密度激光等离子体电子密度等信息的重要工具.利用神光Ⅱ装置输出激光驱动的类镍-银x射线激光作为探针，成功地进行了马赫-曾德尔干涉法诊断实验，获得了清晰的包含等离子体信息的动态干涉条纹图像，并据此给出了待测C8H8等离子体临界面附近电子密度的空间分布. 关键词： 等离子体电子密度诊断 x射线激光 马赫-曾德尔干涉仪     

高超声速模型尾迹电子密度二维分布反演方法

弹道靶利用二级轻气炮将模型加速到高超声速状态,模型在靶室内超高速飞行时形成等离子体尾迹.为实现高超声速模型尾迹电子密度径向二维分布诊断,利用七通道微波干涉仪测量系统获得了高超声速模型尾迹截面不同位置处平均电子密度.该系统采用一发七收的方式,实现平面波照射等离子体及平面波接收,天线波束可完全覆盖尾迹径向范围.多通道微波干涉仪数据处理过程常将等离子体视为分层介质,考虑到分层界面上折射效应的影响,本研究利用射线追踪方式建立电磁传播模型,结合测量数据建立目标函数,通过遗传算法优化来反演高超声速模型尾迹电子密度径向二维分布.该数据处理方法的电子密度反演结果与相同来流条件下的数值模拟结果对比吻合较好,初步验证了该方法的有效性.分析了分层模型对电子密度分布特性的影响,结果表明利用七层模型对尾迹建模效果最佳,且适用于不同厚度尾迹,最大化利用接收通道数,确保了计算精度.利用该方法实现弹道靶高超声速球模型尾迹电子密度二维分布诊断,并给出了给定实验状态下模型尾迹电子密度二维分布的一些规律.     

转镜调制二氧化碳激光干涉仪

耦合腔干涉仪是在激光器出现后才发展起来的新型干涉仪。由于其光路简单,易于调整,对等离子体无干扰等优点,已成为稠密等离子体密度测量的常用工具。如所周知,耦合腔激光干涉仪对等离子体电子密度测量的灵敏度为:     

等离子体微波干涉仪的新的显示方式

等离子体微波干涉仪借微波束经过等离子体,探测由于等离子体引起的相位变化,给出等离子体平均电子线密度.在目前多种高温等离子体诊断手段中,由于微波干涉仪对等离子体干扰小,结果显示直观,操作简单方便,因而它已经成为一种常规的诊断手段.传统的微波干涉仪的工作原理如图1所示     

测等离子体电子密度用的远红外HCN激光干涉仪

等离子体电子密度是等离子体的最重要参数之一。Tokamak型磁约束随着Tokamak型装置等离子体电子密度的提高,给微波干涉测量增加了困难,因为电磁波只能穿过电子密度小于截止密度n_0的等离子体。即     

开放空间等离子体对微波传输影响的模拟研究

以氮气为背景气体,采用脉冲式微波产生等离子体,使用另外一束连续波作为传输模拟对象,并基于扩散效应的全域模型分析等离子体电子温度与电子密度的演化过程。实验中放电气压为300Pa,实验结果表明:在微波脉冲开始之后极短的时间内,连续波接受信号发生剧烈衰减;而在微波脉冲结束后,连续波接受信号则缓慢恢复。微波传输主要受到等离子体电子密度的影响,而全域模型的计算结果显示等离子体电子密度在开始放电时迅速上升,甚至高于放电微波频率对应的临界密度,在放电微波脉冲结束时电子密度则缓慢下降。这说明开放空间中等离子体在失去能量维持之后,由于扩散效应占主导作用,电子密度不会迅速下降,此时连续波依然会被阻碍,直到电子密度下降到连续波频率对应的临界密度以下。     

基于电感耦合等离子体源的CO2色散干涉仪搭建和测试

在电感耦合等离子体源(ICP)装置上成功地搭建了一套没有减震系统的水平单道测量的CO₂色散干涉仪,用以测量等离子体的弦积分电子密度,并且与HCN干涉仪结果作对比,证明了CO₂色散干涉仪的可行性。     

高功率微波与等离子体相互作用理论和数值研究

研究高功率微波与等离子体的相互作用,对于微波放电和电磁兼容研究均具有重要意义.基于波动方程、等离子体的流体力学方程以及波尔兹曼方程,建立高功率微波脉冲与等离子体相互作用的理论模型,并结合等离子体的特征参数,采用时域有限差分方法分析了等离子体电子密度和高功率微波传输特性的变化.结果表明,由于高功率微波的电子加热作用,等离子体中的非线性效应明显,发生击穿使得等离子体电子密度增大,从而导致微波的反射增强,透过率降低.所提出的模型和相关结果对于高功率微波和电磁脉冲防护具有指导意义.     

延迟双脉冲激光产生大气等离子体的实验研究

利用马赫-曾德尔干涉仪获得了延迟双脉冲激光和三种单脉冲激光产生大气等离子体的时间序列干涉图,得到了等离子体中心区域在不同时刻的电子密度．把延迟双脉冲激光与三种单脉冲激光产生的等离子体电子密度进行比较的结果显示：第二束光作用后的相同时刻,延迟双脉冲激光产生的等离子体电子密度大于三种单脉冲激光产生的等离子体电子密度．对注入相同能量的延迟双脉冲激光与单脉冲激光产生等离子体的电子密度时间变化进行理论分析的结果表明：延迟双脉冲激光的第二束光与等离子体相互作用,使得作用结束时等离子体的电子密度增加得很多,进而造成了第二束光作用后延迟双脉冲激光产生的等离子体电子密度大于单脉冲激光产生的等离子体电子密度．进一步的分析表明,注入能量相同时延迟双脉冲激光有效延长了等离子体的存在时间．     

2mm波段单道基模-过模混合型微波干涉仪

本文叙述了一种2mm波段单道基模-过模混合型微波干涉仪。为减小波在基模波导中的传输衰减(理论计算约为10dB/m),采用了过模波导技术,研制了一批基模和过模波导元件,满足了实验工作的需要。用此干涉仪测量了低气压脉冲放电产生的冷等离子体的平均电子密度随时间的变化,取得了较为满意的结果。     

HCN激光干涉仪

本文描述了远红外HCN激光的Mach-Zehnder干涉仪的设计和研制,初步测量了Z放电等离子体中的电子密度。     

一种计算远红外干涉仪相位差的数值方法

一、引言 远红外(FJR)激光干涉仪广泛用于等离子体电子密度测量。探测光束通过等离子体产生相移,参考光束不通过等离子体,两道信号由TGS热释电探测器分别接收,两者的相位差就是被测物理量,它与线电子密度成正比。目前,国内外此类干涉仪都用模拟或数字电路的相位计过零比较信号相位差。这种硬件相位计性能指标不稳定,制作费用昂贵。我们提出一种数值方法,通过软件计算相位差,这种方法可提高信号的时间分辨率。     

用离焦4f差分干涉仪测量等离子体壳层电子密度

 将环型横向剪切干涉仪置于两个镜头之间,由此设计出一种新型的离焦4f差分干涉仪,该干涉仪同时具有分离光路的剪切量和条纹空间频率分别可调的优点以及共光路结构的稳定性和易于调节的优点,使得在测量大密度梯度等离子体的密度分布时,可以在不降低空间分辨率的条件下仍保证干涉条纹可读。在DPF装置上进行了实验,获得了等离子体壳层的干涉图样,计算了等离子体的径向电子密度分布,在内电极端面上方测量到的最高电子密度约为1.2×10¹⁹ cm^-3,外围等离子体壳层的电子密度约为2×10¹⁸ cm^-3。     

剪切干涉测量电缆枪等离子体电子密度

用剪切干涉仪测量了电缆枪产生的等离子体电子密度分布.在实验中获得了激光波前通过等离子体后的干涉图样，测出等离子体沿轴向的平均运动速度约为2 cm/μs.对干涉图进行了二维波前重建，计算了电子线积分密度，给出了直观的等离子体分布图像，并计算了自由电子总数.根据等离子体的圆柱对称关系，利用Abel积分变换算出了局部电子密度沿径向的分布曲线.     

马赫-贞德尔干涉仪的调节

惯性约束聚变一直对临界面附近的稠密等离子体电子密度信息非常感兴趣。利用X射线激光为探针的干涉诊断是目前直接获得稠密等离子体电子密度信息的最好方法。等光程、条纹定域、条纹密度的调节是干涉仪装调需要解决的主要问题。2003年秋，建立了马赫一贞德尔干涉仪在靶室外调节、靶室内的安装以及模拟光干涉条纹的监测系统，很好的解决了以上3方面的问题。     

电子回旋共振等离子体密度均匀性的数值研究

基于漂移扩散近似,在轴对称假设下,对电子回旋共振等离子体源腔室内的等离子体建立了二维流体模型.采用有限差分法对所建立的模型进行了自洽数值模拟,得到了等离子体密度均匀性随时间演化的数值结果.通过对数值结果的分析,研究了背景气体压强、微波功率和磁场线圈电流对等离子体密度均匀性的影响.研究表明,在电离初期,电子密度的均匀性好于离子密度的均匀性.在电离后期,离子密度的均匀性好于电子密度的均匀性.随着背景气体压强的增大,电子密度和离子密度的均匀性都在增加,且离子密度的均匀性增加的更快.随着微波功率的增大,电子密度和 关键词： 等离子体密度均匀性 背景气体压强 微波功率 磁场线圈电流