[實用新型]一種實時波長匹配單色儀與波長監控系統

有效

• 申請號: 201821201416.X
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN208654020U
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 余德良;陳文錦
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/01
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 孫成林

本實用新型公開了一種實時波長匹配單色儀與波長監控系統，窄帶干涉濾光片設在高速旋轉臺上，光平行透鏡和非球面成像透鏡分別設置在窄帶干涉濾光片的兩側，光平行透鏡的外側設置有入射端光纖，非球面成像透鏡的外側設置有雪崩二極管探測器，入射端光纖與光譜儀連接，雪崩二極管探測器與信號采集與存儲系統連接，旋轉臺與旋轉臺控制器連接，中性束能量信號通過一個隔離放大器連接到旋轉臺控制器，遠程控制平臺與光譜儀和旋轉臺控制器連接。其優點是：可靠性好，穩定性高；不僅可以滿足不同輪次實驗中性束能量變化的波長匹配，而且在同一輪實驗中可以使用中性束能量信號對濾光片中心波長進行實時匹配。

技術領域

本發明屬于光譜測量領域，具體涉及一種解決隨機多普勒頻移的實時波長匹配單色儀與波長監控系統，主要應用于中性束發射的可見光譜診斷。

背景技術

直線在受控核聚變實驗研究中，用于約束等離子體的磁約束裝置主要是托卡馬克裝置。基于中性束(NBI)對等離子體進行診斷系統之一的動態斯塔克偏振儀可以用于測量等離子體內部磁場結構，該參數對等離子體物理研究意義重大。其中，動態斯塔克偏振儀有一個濾光系統，對目標譜線進行濾光。國際上普遍采用濾光片為核心的單色儀系統。

該目標譜線特點是具有多普勒頻移、譜線非常窄且附近有很多其他譜線的干擾。這要求濾光片中心波長與目標譜線波長匹配精度相比一般的單色儀要高出很多。由于多普勒效應，中性束能量變化導致目標譜線波長也會隨之改變，此時濾光片中心波長也必須隨之變化，才能保證濾光片中心波長與目標譜線波長匹配。

國際有兩種通用方法。方法1：采用多塊不同中心波長的濾光片，當中性束能量變化導致目標譜線移動時，選擇中心波長與目標譜線波長一致的濾光片安裝進行濾光。方法2：根據濾光片的中心波長會隨溫度變化而移動的特性，通過改變溫度來達到濾光片中心波長與目標譜線匹配的目的。

方法1采用機械更換濾光片，這種方法只能解決不同輪次實驗中性束能變化的問題，而不能解決一輪實驗期間中性束能量變化的問題，否者就破壞了一輪實驗的連續性。與此同時，窄帶濾光片價格昂貴，制造多塊濾光片會提高系統造價【文獻1】。

其次，由于常規磁約束裝置實驗過程只持續2～10秒左右，溫度控制濾光片中心波長的弛豫時間比較長，大約在分鐘量級。因此這種方法僅能解決不同輪次實驗中性束能變化的問題，不能解決一輪實驗期間中性束能量變化問題，也就不能做到實時波長匹配【文獻2】。

文獻1[The MAST motional Stark effect diagnostic,Rev.Sci.Instrum.81,10D738(2010)]是英國著名卡拉姆聚變能研究中心MAST聚變裝置上的動態斯塔克偏振儀。其濾光系統是采用更換濾光片的方法。MAST聚變裝置只針對不同輪實驗中性束能量變化，同時文章也指出，昂貴的濾光片限制了多通道系統的發展。

文獻2[A motional Stark effect instrument to measure q(R)on the C-modtokamak,Rev.Sci.Instrum.72,1012(2001)]是美國麻省理工學院C-MOD聚變裝置上的動態斯塔克偏振儀。其濾光系統是采用溫度控制濾光片中心波長的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實時波長匹配單色儀與波長監控系統，可以解決目標譜線存在隨機多普勒頻移情況下，實現窄帶濾光片中心波長與目標譜線波長的實時匹配，同時，實時監控系統可以監測匹配情況。