[实用新型]激光测温装置

说明书

本实用新型属于测温技术，具体涉及激光测温装置。

在一些高能物理学领域，常常需要精确测量微观粒子的温度。当这些微观粒子具有超常的温度时，只能采用非接触式的测温方法。磁场约束等离子体是目前世界上受控核聚变研究的主要途径。环形磁约束装置，即托卡马克装置是受控核聚变研究的主要装置。氢及其同位素在托卡马克装置中被电离为高温等离子体，并在强磁场的作用下被束缚在装置中发生核聚变反应，释放出聚变能源，此聚变反应的温度极高，测量非常困难。目前尚未见对其温度进行测量的装置。

本实用新型的目的在于提供一种等离子温度测量的激光测温装置。

为实现本实用新型的技术方案，发明人提出如下技术方案，它包括设在可调整的基准面上的激光发生器，激光路及其校准装置，散射光接收处理装置。在激光路的输出端与散射光的输入端之间设有光子信号增强器。

由于激光具有极高的功率密度，极好的单色性和极低的发散性，它不干扰被研究的等离子体，时间、空间分辨很高，所以利用激光的90°汤姆逊散射可以测量托卡马克等离子体电子温度。

激光可以看作是一个强的电磁波，等离子体中的电子在强电磁场的作用下，产生受迫振荡，从而再辐射电磁波，这就是散射波。如果电子为冷电子或原子、分子中的速缚电子，则散射波的频率为原入射电磁波的频率，如瑞利散射。但对于处于热平衡状态等离子体中的高速运动的电子，它相对于入射电磁波和静止的探测器产生双多普勒效应，通过求等离子体中的符拉索夫方程和泊松方程，可求出这个散射谱的分布，在散射参数α=1／kλ_D=λ₀／4∏λ_Dsinθ／2＜1情况下，散射谱反映出电子速度分布，并随电子热运动的速度不同，散射频谱将产生不同的多普勒加宽。

90°激光汤姆逊散射P(λ)_sca1／P₀=10^-12-10^-14

由于散射光强远小于入射光强，所以90°激光汤逊散射的散射信号是弱信号。

散射功率谱分布为：

I(λ)dλ=N_e·I₀·δ_T·ΔΩ·S(λ)dλ

其中：N_e=n_eV；

利用散射理论测量电子温度的理论并不复杂，并且精度高。但由于汤姆逊散射截面非常小(约为8×10^-26cm²)，散射能量的总值只是入射激光能量的10^-15左右，何况还要分谱测量，所以散射信号极其微弱(一般只有几百个光子)，在实际测量中极其困难。

本实用新型采用一个弱信号增强器，以增强散射光接收信号，以达到测温的目的。

图1激光测温装置结构示图。

图2散射光接收装置示图。

图3光子信号增强器Ⅰ示图。

图4光子信号增强器Ⅱ示图。

如图1所示，激光发生器1的激光光路包括滤光片3，聚焦组合反射棱镜4及布儒斯特角透镜5。校准装置包括标准光源2及设在激光光路最前面的可移动的反射镜6。布儒斯特角透镜5的输出端为光子信号增强器7。光子信号增强器7的散射光输出通过聚焦镜8与散射光接收处理装置9连接。光子信号增强器侧面设光吞食器10。

散射光接收处理装置9如图2所示：它包括标准光源9．1，可移动的反射镜9．2，聚焦镜8的输出通过入射狭缝9．3，滤光片9．4，柱面镜9．5，球面反射镜9．6，衍射光栅9．7和球面反射镜9．8进入光谱仪及光电倍增管9．9。其后由信号处理后计算测量温度。

光子信号增强器7如图3，激光输入镜7．1上开设激光进入孔7．3，其镜面为附着硬膜7．4的凹镜。激光输出镜7．2镜面的一部分附着硬膜7．5为凸镜。

图4的光子增强器7为相对设置的两个凹镜。

光子增强器7的侧面及激光输入镜及激光输出镜之间为散射光输出口11。

光子增强器的原理是将激光在其中经过多次反射，增加散射光光子数量，从而得以采集处理测量等离子体的温度。