[發(fā)明專利]一種基于光學方法的等離子體局部電流測量裝置及方法

在審

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• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115993476A
• 公開（公告）日: 2023-04-21
• 發(fā)明（設計）人: 吳堅;王威;姜志遠;王振宇;陳紫維;盧元博;趙一鳴;石桓通;李興文
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

1.一種基于光學方法的等離子體局部電流測量裝置，其特征在于，包括高能脈沖激光器(1)，所述高能脈沖激光器(1)的出射光路上設置第一分光鏡(3)，高能脈沖激光(19)經第一分束鏡(3)分出的干涉激光(21)入射到馬赫-曾德爾干涉儀，透射光入射到真空腔體(5)中的Z箍縮等離子體(6)中產生湯姆遜散射光(23)，湯姆遜散射光(23)入射到湯姆遜散射診斷裝置中；馬赫-曾德爾干涉儀和湯姆遜散射診斷裝置將等離子體干涉條紋圖像和湯姆遜散射光譜反饋至處理單元，處理單元根據等離子體干涉條紋圖像和湯姆遜散射光譜計算等離子體局部電流。

2.根據權利要求1所述的基于光學方法的等離子體局部電流測量裝置，其特征在于，所述馬赫-曾德爾干涉儀包括第一反射鏡(13)，所述干涉激光(21)入射到第一反射鏡(13)上，第一反射鏡(13)的反射光路上設置第二分束鏡(14)，第二分束鏡(14)的反射光路上設置第二反射鏡(15)，透射光經Z箍縮等離子體(6)后入射到第三反射鏡(16)上；第二反射鏡(15)的反射光路上依次設置第三分束鏡(17)和數碼相機(18)；第三反射鏡(16)的反射光入射到第三分束鏡(17)上，經第三分束鏡(17)反射后進入數碼相機(18)。

3.根據權利要求2所述的基于光學方法的等離子體局部電流測量裝置，其特征在于，所述高能脈沖激光(19)出射光路上設置光束采樣鏡(2)，高能脈沖激光(19)經光束采樣鏡(2)后，反射光進入光電二極管(11)產生觸發(fā)信號，觸發(fā)信號經傳輸線(12)傳輸至ICCD相機(10)。

4.根據權利要求1所述的基于光學方法的等離子體局部電流測量裝置，其特征在于，所述湯姆遜散射診斷裝置包括光譜儀(9)和ICCD相機(10)；所述第一分束鏡(3)的透射光路上設置有聚焦透鏡(4)；湯姆遜散射光(23)經消色差透鏡(8)輸入到光譜儀(9)的狹縫中，并通過ICCD相機(10)記錄散射光的光譜信息。

5.根據權利要求4所述的基于光學方法的等離子體局部電流測量裝置，其特征在于，所述光譜儀(9)為反射式光柵光譜儀。

6.根據權利要求1所述的基于光學方法的等離子體局部電流測量裝置，其特征在于，所述高能脈沖激光(19)經過Z箍縮等離子體(6)后，穿過真空腔體(5)的高能脈沖激光入射到束流收集器(7)。

7.根據權利要求1所述的基于光學方法的等離子體局部電流測量裝置，其特征在于，所述高能脈沖激光器(1)上連接有信號發(fā)生器，使高能脈沖激光器(1)觸發(fā)時間與產生Z箍縮等離子體(6)的觸發(fā)時間同步。

8.一種采用權利要求1-7任一項所述裝置的基于光學方法的等離子體局部電流測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，啟動高能脈沖激光器(1)，高能脈沖激光(19)通過光束采樣鏡(2)向光電二極管(11)發(fā)出光信號；光電二極管(11)產生觸發(fā)信號，觸發(fā)信號由傳輸線(12)傳輸給ICCD相機(10)；

步驟2，透過光束采樣鏡(2)的高能脈沖激光(19)入射到第一分束鏡(3)上，被分為一束干涉激光(21)和剩余的高能脈沖激光(22)；干涉激光(21)作為馬赫-曾德爾干涉儀的光源，得到等離子體干涉條紋圖像；

步驟3，剩余的高能脈沖激光(22)通過聚焦透鏡(4)入射到Z箍縮等離子體(6)，產生湯姆遜散射，湯姆遜散射光(23)經光譜儀色散后由ICCD相機(10)記錄，得到湯姆遜散射光譜；

步驟4，根據等離子體干涉條紋圖像和湯姆遜散射光譜計算等離子體參數；

步驟5，根據等離子體參數計算等離子體局部電流。

9.根據權利要求8所述的基于光學方法的等離子體局部電流測量方法，其特征在于，所述等離子參數包括電子體密度分布、電子溫度、離子溫度、等離子體速度以及電子離子相對漂移速度。

10.根據權利要求8所述的基于光學方法的等離子體局部電流測量方法，其特征在于，所述電子體密度分布是通過拍攝的等離子體條紋偏移圖像，通過插值法，得到圖像中各點的條紋偏移量，利用條紋偏移量計算電子面密度，通過阿貝爾逆變換得到的；

將湯姆遜散射光譜中的離子聲波部分與理論計算得到的光譜擬合，與測量光譜形狀最為相符的理論計算光譜，其對應的電子溫度、離子溫度、等離子體速度及電子離子相對漂移速度即為測量得到的等離子體參數。