一种等离子体多波长杂质光谱监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种等离子体多波长杂质光谱监测装置。由集光镜头，多波长分光器，采集系统，光谱仪构成。本实用新型利用体布拉格光栅的衍射特点，仅使用单束光纤即可同时满足多条杂质谱线的监测需求，剩余的光能量由光谱仪做进一步的宽谱段谱线分析。同时，光谱仪为体布拉格光栅的装配提供参考。由体布拉格光栅分离出来的单波长杂质线谱采用光电探测器实现快时间响应的谱线强度监测；由光谱仪实现慢时间响应的宽波段杂质谱线监测，可很好的满足等离子体杂质谱线研究的不同需求。
【专利说明】一种等罔子体多波长杂质光谱监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光谱监测装置领域，具体是一种等离子体多波长杂质光谱监测装置。
【背景技术】
[0002]在磁约束聚变研究装置中，杂质辐射是等离子体能量损失的重要途径，影响等离子体温度、电流密度分布，导致等离子体约束性能降低。通过杂质辐射谱线进行杂质行为的监测，研究杂质与等离子相互作用机理由来已久。
[0003]在可见光波段，目前广泛采用的技术可分为两大类:一类采用滤光片加光电倍增管、雪崩二极管等光电转换元件，将光信号转化为电信号，通过快速采集卡将信号记录下来。另一类使用光学多道分析仪，采用CCD等面阵探测器记录空间不同位置的杂质谱线。这两种方法各有其优缺点，采用滤光片仅可反应一条杂质线辐射谱强度的演化特性，但由于其时间分辨率较高，常用于研究边界局域模等较快的等离子体过程。光学多道分析仪采用面阵探测器，受限于探测器工作周期，时间分辨率往往达到几十毫秒，无法完全反应等离子体快过程的演化，但由于采用面阵探测器，可监测一个波段范围内的杂质谱线，分辨率更高的谱仪还可以测量谱线线形，提供等离子体温度，速度等信息。以上两种探测方案往往是独立开展的，使用单独的光路系统。
[0004]体布拉格光栅具有优良的波长选择与方向选择特性，当入射波长λ和入射角Θ满足布拉格条件时，衍射光的衍射效率理论上可以达到100%。不满足布拉格条件的光，不发生衍射现象。目前，应用体布拉格光栅将不同波长的激光进行合束的技术已相当成熟。采用的光热折变(PTR)无机玻璃在近红外与可见光谱段拥有很高的透过率，良好的机械属性和折射率稳定性，其衍射效率与光谱带宽可媲美传统的干涉滤光片。等离子体的辐射谱线往往极为丰富，利用体布拉格光栅的波长选择特性，可从单通道光信号中提取多组不同波长的光进行分析。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种等离子体多波长杂质光谱监测装置，以解决现有技术存在的问题。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为:
[0007]—种等离子体多波长杂质光谱监测装置，其特征在于:包括有集光镜头、多波长分光系统、光谱仪、采集系统，所述多波长分光系统由入射光耦合镜头、出射光耦合镜头、多组体布拉格光栅、多组采集用耦合镜头构成，多组体布拉格光栅设置在入射光耦合镜头与出射光耦合镜头之间，且入射光耦合镜头、出射光耦合镜头、多组体布拉格光栅沿一字排列，多组采集用耦合镜头一一对应设置在多组体布拉格光栅的衍射光偏转光路上，所述集光镜头通过导光光纤耦合至多波长分光系统中入射光耦合镜头，所述光谱仪通过导光光纤与多波长分光系统中出射光耦合镜头耦合，所述采集系统电连接有多组光电探测器，且多组光电探测器一一对应与多组采集用耦合镜头耦合。
[0008]所述的一种等离子体多波长杂质光谱监测装置，其特征在于:所述集光镜头、入射光耦合镜头、出射光耦合镜头、采集用耦合镜头分别为透镜。
[0009]所述的一种等离子体多波长杂质光谱监测装置，其特征在于:所述体布拉格光栅为透/反射式体布拉格光栅。
[0010]所述的一种等离子体多波长杂质光谱监测装置，其特征在于:所述光电探测器为光电倍增管，或者是雪崩二极管。
[0011]本实用新型实现了在单通道光信号中，同时进行多波长强度演化的快测量与宽谱段光谱慢测量的等离子体杂质光谱监测的新技术。可有效提高通道利用率，避免波长漂移引起的测量误差。系统结构简单，集成性好。
[0012]本实用新型具有以下优点；
[0013]1、在单通道光信号中，同时进行多波长强度演化的快测量与宽谱段光谱线的慢测量，节约观测窗口与导光光纤。
[0014]2、光谱仪可实时检测体布拉格光栅的工作波长，避免安装失当等因素引起的测量误差。
[0015]3、相比干涉滤光片，体布拉格光栅具有较高的衍射效率，能量利用率高。体布拉格光栅的通过率也很高，能量损失小，有利于提高系统整体的信噪比。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]参见图1所示，一种等离子体多波长杂质光谱监测装置，包括有集光镜头1、多波长分光系统8、光谱仪7、米集系统6,多波长分光系统8由入射光I禹合镜头3、出射光f禹合镜头9、多组体布拉格光栅4、多组采集用耦合镜头10构成，多组体布拉格光栅4设置在入射光耦合镜头3与出射光耦合镜头9之间，且入射光耦合镜头3、出射光耦合镜头9、多组体布拉格光栅4沿一字排列，多组米集用稱合镜头10 对应设置在多组体布拉格光栅4的衍射光偏转光路上，集光镜头I通过导光光纤2耦合至多波长分光系统8中入射光耦合镜头3,光谱仪7通过导光光纤与多波长分光系统8中出射光稱合镜头9稱合,米集系统6电连接有多组光电探测器5，且多组光电探测器5 —一对应与多组采集用耦合镜头10耦合。
[0018]集光镜头1、入射光稱合镜头3、出射光稱合镜头9、米集用稱合镜头10分别为透镜。
[0019]体布拉格光栅4为透/反射式体布拉格光栅。
[0020]光电探测器5为光电倍增管，或者是雪崩二极管。
[0021]等离子体辐射光谱由集光镜头I收集，经导光光纤2传导至多波长分光器8中入射光耦合镜头3。入射光耦合镜头3将导光光纤传导的光变为平行光。平行光中不满足布拉格衍射条件的部分光透射过各组体布拉格光栅4,平行光中满足布拉格衍射条件的部分光在体布拉格光栅中发生衍射，偏转一定的角度后由采集用耦合镜头10耦合至光电倍增管、雪崩二极管等光电探测器5，转换为电信号后传送至采集系统。透射过各组体布拉格光栅4的平行光由出射光耦合镜头、导光光纤将剩余的光能量传导至光谱仪进行谱线分析。采集系统采用成熟的、采样率较高的采集模块。每组体布拉格光栅都有特定的衍射波长，从而实现在单通道光信号中进行多波长的杂质辐射监测。利用光谱仪可实时校准体布拉格光栅的工作波长，避免因装调适当，温度变化等因素引起的波长测量误差，提高了测量的准确度。
[0022]本实用新型中，等离子体辐射光由集光镜头收集，经光纤传导至分光系统，首先由耦合镜头将光纤传导过来的光变为平行光，依次通过多组体布拉格光栅。分离出来的不同波长的光，由耦合镜头汇聚至由光电倍增管、雪崩二极管等光电探测器转换为电信号，由采集系统记录下来。其余的光能量由耦合镜头，光纤传导至光谱仪进行谱线分析。一般光电探测器与采集系统的时间分辨率较高，光谱仪的监测波段范围较宽，可很好的满足等离子体杂质光谱研究的不同需求。
【权利要求】
1.一种等离子体多波长杂质光谱监测装置，其特征在于:包括有集光镜头、多波长分光系统、光谱仪、采集系统，所述多波长分光系统由入射光耦合镜头、出射光耦合镜头、多组体布拉格光栅、多组采集用耦合镜头构成，多组体布拉格光栅设置在入射光耦合镜头与出射光耦合镜头之间，且入射光耦合镜头、出射光耦合镜头、多组体布拉格光栅沿一字排列，多组采集用耦合镜头一一对应设置在多组体布拉格光栅的衍射光偏转光路上，所述集光镜头通过导光光纤耦合至多波长分光系统中入射光耦合镜头，所述光谱仪通过导光光纤与多波长分光系统中出射光耦合镜头耦合，所述采集系统电连接有多组光电探测器，且多组光电探测器一一对应与多组采集用耦合镜头耦合。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体多波长杂质光谱监测装置，其特征在于:所述集光镜头、入射光耦合镜头、出射光耦合镜头、采集用耦合镜头分别为透镜。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体多波长杂质光谱监测装置，其特征在于:所述体布拉格光栅为透/反射式体布拉格光栅。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体多波长杂质光谱监测装置，其特征在于:所述光电探测器为光电倍增管，或者是雪崩二极管。
【文档编号】G01J3/28GK204085695SQ201420496603
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月30日 优先权日:2014年8月30日
【发明者】符佳, 李颖颖, 吕波 申请人:中国科学院等离子体物理研究所