[发明专利]一种超高时间分辨率激光汤姆逊散射诊断系统

说明书

技术领域

本发明涉及核聚变装置托卡马克物理诊断技术领域，尤其涉及一种超高时间分辨率激光汤姆逊散射诊断系统。

背景技术

目前，国际上正在广泛开展托卡马克聚变研究，激光汤姆逊散射诊断是托卡马克聚变研究中最为重要的诊断之一，因测量原理基本没有假设等特点，测量结果准确，在聚变研究界被公认为是可以同时提供等离子体物理研究中重要的基本参数电子温度T_e与密度N_e的时、空分布的最为可靠的诊断手段。现有装置的激光汤姆逊散射诊断时间分辨率局限在ms量级，也就是激光脉冲频率最大在百Hz水平。由于激光技术限制大能量高频激光器不容易实现，因此激光汤姆逊散射诊断的时间分辨率的提高受到制约，同时需要匹配的高的数据采样频率，也就是说要提高激光汤姆逊散射诊断的时间分辨率必须提高激光光源的脉冲重复频率以及数据采样频率。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种超高时间分辨率激光汤姆逊散射诊断系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超高时间分辨率激光汤姆逊散射诊断系统，包括有激光器、激光束光路传输组件、EAST托卡马克装置、大孔径大视场角光学成像系统、30根信号传输光纤、30个光谱仪和GHz采样频率的数据采集和处理系统，激光器产生脉冲重复频率4KHz波长1064nm的串脉冲激光，激光束经激光束光路传输组件并聚焦导入EAST托卡马克装置中，在EAST托卡马克装置中激光与等离子体作用发生汤姆逊散射，散射信号经大孔径大视场角成像系统成像至30根光纤端面，散射信号由30根信号传输光纤分别导入30个光谱仪，30个光谱仪进行光电转换后分别进入GHz采样频率的数据采集和处理系统，实现散射信号的采集和数据分析，计算获得等离子体的电子温度和密度的时空分布参数，实现对等离子体的物理测量。

所述的激光器为单脉冲3J脉宽10-12ns波长1064nm的Nd:YAG串脉冲激光器，每串脉冲包含多个脉冲，且脉冲均匀，基本相似，脉冲重复频率4KHz以上，也就是说汤姆逊散射诊断系统时间分辨率为250μs，满足诊断超高时间分辨率需求，以保证获得EAST等离子体放电期间高分辨率的时空分布，进行更精细的等离子体物理分析研究。

串脉冲激光器连续出光，串与串之间的重复频率为0.5-2Hz，保证汤姆逊散射系统在EAST等离子体每一炮放电脉冲时间内连续测量采集散射信号。

所述的激光束光路传输组件包括有若干个反射镜和一个透镜组成的。

所述的GHz采样频率的数据采集和处理系统包括有VME采集系统和数据分析处理计算机，所述的VME采集系统包括有VME采集机箱、高频采集模块、信号转换模块、门模块和控制模块，高频采集模块取代以往的电荷积分模块保证更高采样频率，所述的高频采集模块、信号转换模块、门模块和控制模块都插在VME采集机箱内的插槽中,高频采集模块与光谱仪相连,采集光谱仪输出信号，外部触发信号经门模块整形在特定的时间输出ECL信号，ECL信号经信号转换模块转换为NIM信号以触发高频采集模块工作，控制模块与计算机相连实现数据传输采集。

本发明的优点是：本发明应用大能量高频可连续输出的激光器作为激光汤姆逊散射主动诊断的光源，为实现汤姆逊散射超高时间分辨率的诊断提供了必要条件，发展了匹配的GHz采样频率的实时采集系统，最终实现超高时间分辨率的激光汤姆逊散射诊断，适用于核聚变托卡马克物理诊断研究。

附图说明

图1为本发明工作原理框图。

具体实施方式

如图1所示，一种超高时间分辨率激光汤姆逊散射诊断系统，包括有激光器5、激光束光路传输组件6、EAST托卡马克装置7、大孔径大视场角光学成像系统8、30根信号传输光纤9、30个光谱仪10和GHz采样频率的数据采集和处理系统11，激光器5产生脉冲重复频率4KHz波长1064nm的串脉冲激光，激光束经激光束光路传输组件6并聚焦导入EAST托卡马克装置7中，在EAST托卡马克装置7中激光与等离子体作用发生汤姆逊散射，散射信号经大孔径大视场角成像系统8成像至30根光纤9端面，散射信号由30根信号传输光纤9分别导入30个光谱仪10，30个光谱仪10进行光电转换后分别进入GHz采样频率的数据采集和处理系统11，实现散射信号的采集和数据分析，计算获得等离子体的电子温度和密度的时空分布参数，实现对等离子体的物理测量。