Интерферометр для диагностики плазмь';

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

261489

Союз Советских

Социалистических

Реслтблик

Зависимое от авт. свидетельства М

Кл. 21а4, 71

Заявлено 02.Х.1967 (№ 1187784/26-25) с присоединением заявки 4че

Приоритст

Опубликовано 10.XI.1970. Бюллетень Ы 34

Дата опубликования описания 2б.1.1971 комитет оо делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

МПК б 01k

УДК 5ЗЗ.9.08(088 8) Авторы изооретения

Л. Н. Пятницкий и В. В. Коробкин

Знергетический институт им. Г. М. Кржижановского

Заявитель

ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЬ;

Изобретение относится к устройствам для диагностики плазмы интерферометрическим методом с использованием лазерного источника света.

Известны интерферометры, содержащие оп- 5 тический квантовый генератор, резонатор, заполненный плазмой, и фотоумножитель. Луч лазера направляется через резонатор, в качестве которого используется, например, система

Фабри — Перо, и регистрируется фотоумножи- 10 телем. При измерениях используется один максимум пропускания интерферометра, что обесгечивает большую чувствительность измерений. Однако в такой системе предъявляются высокие требования к стабильности оптиче- 15 ской длины пути. За время измерений относительное изменение оптических длин лазера и интерферометра должно быть меньшим 10 4 длины волны, а температурные и механические нестабильности могут превышать эту величи- 23 ну. В данном случае применение известных методов стабилизации невозможно, так как будут стабилизоваться не только вредные возмущения, но и те, которые создаются изменением электронной концентрации и подлежат 25 измерению.

Предлагаемый интерферометр устраняет эти ограничения и обеспечивает измерение электронной концентрации стационарной плазмы с высокой точностью, т. е. с использованием од- ЗО ного максимума пропускания интерферометра.

Сущность изобретения заключается в использовании системы стабилизации, которая компенсирует изменения относительных длин лазера и резонатора при возникновении тепловых и механических нестабильностей, но прп этом позволяет определять изменение оптической длины пути, вызванное плазмой. В качестве стабилизирующего элемента использован дополнительный лазер, длина волны которого отличается от длины волны основного лазера, а луч вспомогательного лазера прп помощи системы зеркал направлен через основной лазер и регистрируется двумя фотоухтножителямн, сигналы с которых поданы»а пьезоэлектрическое устройство, закрепленное на зеркале основного лазера и резонатора.

На чертеже представлена принципиальная схема установки.

Интерферометр состоит из основного лазера 1, стабилизирующего лазера 2 и резонатора 3 Фабри — Перо, внутри которого помещается исследуемая плазма 4. Система содержит зеркала 5 — 10. Внутри лазера 1 помещены регулировочные плоскопараллельные пластины

11. Система регистрации включает светофильтр 12, фотоумножитель 18 и записывающий прибор 14. Система стабилизации, помимо лазера 2, содержит зеркала 15 — 20, светофильтры 21 и 22, фотоумножители 23 и 24, усилители 25 и 2б и пьезоэлектрики 27 и 28, изготовленные из титаната бария, к которым прц261489

45 4

Лп = — Ne

2;. m;2

60 креплены зеркала б и 9. По обе стороны от лазера 2 устанавливаются оптические изоляторы, состоящие из поляроидов 29 и 80 и четвертьволновых пластинок 81 и 82.

Принцип действия схемы без системы стабилизации заключается в следующем.

Исследуемая плазма 4 помещается внутрь резонатора 8. В качестве источника излучения используется лазер 1 с длиной волны Ль Как известно, пропускание резонатора Фабри—

Перо имеет вид узких максимумов, разделенс ных по частоте интервалом Л = (С вЂ” ско2 опт рость света, L,„, — оптическая длина пути внутри интерферометра) . При возникновении внутри интерферометра плазмы показатель преломления на длине плазмы lp меняется по сравнению с показателем преломления первоначального газа на Ла . Оптическая длина пути резонатора 8 меняется при этом на величину /р Лир, что вызывает смещение максимумов пропускания по частоте на Ь р р

l Лп опт пли в долях порядка

Ь i 2lpAnp

Av С где — частота излучения лазера.

Теперь линия лазерного излучения располагается на другом участке кривой пропускания интерферометра. Это изменение проходящего через интерферометр света и зафиксирует регистрирующая система, содержащая светофильтр 12, фотоумножитель 18 и записывающий прибор 14.

Изменение показателя преломления плазмы, обусловленное присутствием свободных электронов, связано с их концентрацией Уе по известному закону (е — заряд, à m — масса электрона). Таким образом, зарегистрированный системой сигнал оказывается непосредственно связан с Л е.

Однако изменение пропускания интерферометра может быть обусловлено не только изменением электроннои концентрации плазмы, но и относительным изменением оптических длин пути лазера 1 и резонатора 8 вследствие температурного дрейфа, механических вибраций и T. д.

Для избирательной компенсации относительного изменения длин лазера и резонатора, вследствие температурного дрейфа, механических вибраций и других факторов, не обусловленных изменением Л е плазмы, предлагается система стабилизации, основным элементом которой служит лазер 2, работающий на более короткой длине волны Л2. Излучение лазера 2 при помощи непрозрачных зеркал 15, 16 и 20 и полупрозрачных зеркал 17, 18 и 19

35 пропускается через лазер 1 и резонатор 8 и попадает на фотоумножители 28 и 24. Частота лазера 2 устанавливается в выбранных точках кривых пропускания интерферометров, образованных зеркалами 5, б и 9, 10. При изменении расстояния между зеркалами 5 и б или 9 и 10 изменяется величина сигнала, снимаемого с фотоумножителя 28 (или 24). Это изменение сигнала усиливается усилителем 25 (или 2б) и подается на пьезоэлектрик 27 (или 28), компенсирующий изменения длины лазера 1 (или резонатора 8). Подобная система стабилизации может поддерживать относительные длины резонаторов лазера 1 и резонатора 8 с точностью -10 4 Л2. При этом компенсации длины резонатора интерферометра при возникновении в нем плазмы не происходит (точнее компенсация будет лишь частичная), хотя работа системы несколько отличается от работы известных схем.

При возникновении внутри резонатора 8 пламы оптическая длина пути для излучения лазера 1, как и ранее, изменяется в долях пое ЯеЛ, рядка на величину, равную 1р а для mc - е-¹7, излучения лазера 2 — на величину 1р

zzmc

Благодаря воздействию системы стабилизации длина резонатора интерферометра частично е hei.. компенсируется на величину lð, и mc -z поэтому для излучения лазера 1 результирующее изменение оптической длины интерферометра составляет е № (Л, — Л,)

zzmc Это изменение фиксируется системой регистрации по изменению пропускания резонатора 8 излучения лазера 1.

Таким образом, стабилизирующая система полностью компенсирует изменения относительных длин лазера 1 и резонатора, вызванные механическими и прочими нестабильностями, и позволяет регистрировать изменение оптической длины пути резонатора, обусловленное появлением плазмы.

Предмет изобретения

Интерферометр для диагностики плазмы, содержащий оптический квантовый генератор, резонатор, заполненный плазмой, и фотоумножитель, отлича ощийея тем, что, с целью компенсации нестабильности оптической длины пути, он содержит дополнительный лазер, длина волны которого отличается от длины волны основного лазера, а луч вспомогательного лазера, при помощи системы зеркал направлен через основной лазер и регистрируется двумя фотоумножителями, сигналы с которых поданы на пьезоэлектрическое устройство, закрепленное на зеркалах основного лазера и резона-тора.

261489

Составитель Б. Коно-ros

Редактор Н. Г. Михайлова Техред Л. В. Куклина Корректор Л. А. Царькова

Заказ 3944/1 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2