Лазерный интерферометр для диагностики плазмы
i
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
330380
Союз Советскив
Социалистические
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”
М.Кл. 6 Oln 21 00
Заявлено 20.111.1970 (№ 1414544/26-25) с присоединением заявки №вЂ”
Комитет по делам изобретений и открытиЯ ори Совете Министров
СССР
Пр иоритет—
Опубликовано 24.11.1972. Бюллетень ¹ 8
Дата опубликования описания 15.1У.1972
УДК 533.9.08 (088.8) Автор изобретения
Г. П. Попов
Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе
Заявитель
ЛАЗЕРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ
Предлагаемый лазерный интерферометр может быть использован для измерения концентрации электронов в плазме различной степени ионизации и,малой оптической плотности в тех случаях, когда время измененчя концентрации электронов в плазме при ее образовании или распаде больше постоянной времени системы стабилизации и может бьггь одного, порядка с пер иодом наиболее,низкочастотныхх механических колебаний и вибраций,,действуюших на интерферометр в условиях эксперимента. Для устранения влияния вибраций на интерферометр и,результаты измерений з .настоящее время используют как обычные амортизирующие устройства для защиты от вибраций и тряски, так и электромеханическне системы стабилизации, позволяющие поддерживать оптическую длину резонатора постоянной при действии на интерферометр этих ломех.
Известен лазерный,интерферометр с электромеханической системой стабилизацтви оптической длины пассивного резонатора, состоящий из газового лазера, работающего в ненрерывном режиме и излучающего одну волну, и пассивного резонатора с электромеханической системой стабилизации.
Однако ввиду того, что в лазерном интерферометре использован лазер, излучающий одну волну, то для работы системы стабилизации и для измерения используется одна и та же волна. Это не позволяет использовать лазерный;интерферомегр для измерения концентрац ии электронов,в плазме, в тех случаях, 5 когда время измереяия концентрации электронов больше, постоянной времени системы стабилизации, так как система стабилизации отрабатывает изменение оптической длины пассивного резонатора, вызываемое измене1п нпем концентрации электронов в плазме.
Увеличение постоянной времени системы стабилизации .приводит к тому, что система стабилизации перестает стабилизировать опзлческую длнну пассивного резонатора на еще
15 более низких IBcTOtBx вибраций, так как для обеспечения стабилизации необходимо, чтобы период вибраций был больше постоянной времени системы стабилизации.
Однако в ряде случаев иеобходимо изме2О рять концентрацию электронов в плазме, время изменения которой велико и сра вннмо с периодом наиболее низкочастотных вибраций, действуIQIII,IIx на .интерферометр,:имеющих частоты ниже 1 кгпв. В этих случаях данный
2> лазерный пнтерферометр не может быть использован.
В целях, повышения точности измерений в предлагаемом лазерном пнтерферометре применен газовый лазер, работающий в непрево пывном и одномодовом режиме .и излччаюЗЗО380 щий одновременно две волны разной длины, т. е. для работы системы стабилизации и для измерения используются разные волны, а также применен монохроматор с двумя выходными щелямп, позволяющий выделить эти волны из фонда. излучения.плазмы.
Схема лазерного интерферометра изображена на чертеже.
Лазерный интерферометр содержит газовый лазер (, оптический резонатор которого образован зеркалами 2 и 8, и пассивный резонатор, который образован зеркалом 8 и подвижным плоским зеркалом 4. Газовый лазер работает в непрерывном и одномодовом реж: ме и излучает одно.ременно две волны.
Зеркало 4 укреплено на пьезоэлементе 5, с помощью которого оно может перемещать..я вдоль ос:t пассивного резонатора при воздействии на пьезоэлемент упра вляющeго напряжения. Зеркало 4 имеет металлпзированное покрытие .и является частично прозрачны и для обеих лазерных волн.
В пассивном резонаторе для ограничения луча установлена круглая диафрагма б. Лгt, выходящий из пассивного резонатора через зеркало 4, попадает в монохроматор 7, где делится <ча два луча с разными длинам и волн.
Система стабилизации оптической длины пассивного резонатора включает монохроматор 7, приемник 8 излучения, предварительный усилитель 9, основной усилитель 10 и пьезоэлемент 5. Предварительный усилитель является усилителем постоянного тока. Oit имеет небольшой коэффициент усиления и находится рядом с приемником 8. Основной усилитель также является усилителем постоянного тока. Его коэффициент усиления выбирается достаточно большим. Измерительный канал образован монохроматором 7, приемником 11 излучения и кятодным повтор tтелем 12.
Для регистрации цнкчов модуляции испо Ioзустся импульсный осциллограф 13. В пассивном резонаторе находится камера 14, в:-<оторой образуется плазма лри действии разрядного устройства 15, от которого одновременно запускаются развертки осциллограiI)3 18.
Если система стабилизации выключена и плазмы в камере 14 нет, то действие ttttopaций»а интерферомегр сказывается на изменении оптической длины пассивного резон tтора, что приводит к колебаниям интенсизчости обоих лучей, выходящих из монохроматора. При этом один цикл модуляцли инте тивпости этих лучей соответствует измененп,о оптической длины пассивного резонатора ня полволны.
Действие вибрации на резонатор лазера сказывается значительно меньше, так как резонатор является обыч<но более жестким и изменение его оптической длины приводит лишь к незначительному измснени|о мощности излучения лазера.
Гслп система стабилизации включена, то
)г
30 б,")
60 пд действие вибраций на интерферометр приводит к появлению управляющего напряжен fB на пьезоэлементе 5, который перемещает зеркало 4 в том направлении, чтобы уменьшить изменение оптической длины пассивного резонатора, вызванное вибрацией. Если теперь при включении системы стабилизации в t Однако йа во пе системы стабилизации" изменение оптической длины пассивного резонатора, вызываемое плазмой и,вибрациями, комиенсируется системой стабилизации. В результате на выходе измерительного канада появляются ци.<лы модуляции, число которых меньше, чем в случае, когда с истема стабилизации не .действует. Число этих цнклоз определяется .показателем преломления плазмы ня волне измерительного канала с учетом компенсации изменения оптической длины пасспвнсго резонатора, вызванного показателем преломления плазмы на волне системы стабилизации. Таким образом в измерительном канале регистрируются циклы модуляции, возникающие за счет, разницы в показателях преломления плазмы для обеих лазерных волн, т. е. за счет дисперсии плазмы. Для нсрмальной работы лазерного интерферометра необходимо, чтобы время изменения концентрации электронов было больше постоянной времени системы стабилизации 7 так как в противном случае система стабилизации не компенсирует изменение оптической длины пассивного резонатора, вызываемое плазмой. Система стабилизации обеспечивает защиту иитерферометра от тех меха ttr ect
1(опцентрация электронов в данном случае определяется по формуле i,2 8,92. (p " 1: (— i 2 ) где . — .длина волны в измерительном кан»2 ле, — длина волны в системе стабилизации, ! : — путь луча лазера в плазме, Л S — число циклов модуляции, регисгрируемое в измерительном канале. Если плазма нонизирована не!полностью, то интерферо метр регистрирует концентраци.о электронов без учета нейтральных атомов, так как дисперсия нейтральных атомов вне полос поглощения незначительна по сравнзнию с дисперсией электронов. П р ед м ет,изобретения Лазерный интерферометр для диагностики 330380 Со 3DIITëit F. Громов Текред Л. Богданова Редактор Т. Юрчикова Корректор Л. Царькова Заказ 1452 11зд. М 290 Тнраж -148 Подписное 1111ИИ!1И Комдтега но делам: явр.тек",Я . открьг.н нон Co::ñã; Мзз: етроз СС< Р Мое1;:. а, )К-З5, Рак:декан ta5.. д. 4, 5 Областной t :!1нограф: it Коетрзмекого ъ !tpéB!tñtl. 151 ко и ч 1TI!.плазмы, содержащий лазер, пассивный резонатор, одно яз зеркал которого выполнено подвижным и соединено с пьезоэлементом для электромеханической стабилизации оптической длины резонатора, tiсосу:д для плазмы, установленный в резонаторе, отличиюи1ийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он содержит лазер, генерирующий ОДНОВРЕМЕННО ДВЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ, ПОДВИж1ОЕ зеркало выполнено полупрозрачным для обеих длин волн, а за зеркалом вне резонатора расположен монохроматор с двумя выходны5 мп щелями и двумя приемниками излучения, причем сигнал с одного приемника подаегся через усилитель на .пьезоэлемент, а сигнал с другого приемника подается на осциллограф.
