紧凑型等离子体诊断系统

本技术发明公开了一种用于激光等离子体实验的新型等离子体诊断系统，尤其是一种紧凑型等离子体诊断系统。

背景技术：

1、在研究强激光等离子体状态时，获得等离子体的形状、密度以及磁场等物理信息尤为重要。传统的等离子体光学诊断诊断系统中，光路的功能较单一，对探针光的信息利用率不够高。在获取多种等离子体信息时，需要搭建多条光路,使用的光学元件多，占用空间较大。通过紧凑型等离子体诊断系统，利用一条光路获得多种等离子体信息尤为重要。

2、在激光等离子体诊断中，通常通过调节探针光与产生等离子体的驱动激光的时间差来研究激光等离子体的动力学演化特征。这里通过驱动激光与物质相互作用产生的等离子体即为待测物。为了保证研究的统一性和时效性，需要同时获取等离子体的不同物理信息，从而准确判断等离子体状态。在传统的等离子体光学诊断系统中，每一种物理信息对应一条光路，实验中往往需要多条光路进行并行测量。例如，使用阴影成像获得等离子体的形状，使用nomarski干涉仪测量电子密度，使用法拉第旋转测量磁场等。这需要占用较大的空间，使用较多的光学元件。同时，搭建和调试光路的过程较复杂，需要较多的工作时间。

3、紧凑型等离子体诊断系统可以利用各种物理信息诊断光路的共性，将多条光路进行简并，实现在同一条光路上同时进行等离子体的形状、密度以及磁场信息的测量。在光路搭建上，紧凑型等离子体诊断系统采用正三角形设置，能够充分利用各光学元件之间的空间，缩小整个系统的占用面积。紧凑型等离子体诊断系统的物理信息采集单元位于三角形顶点处，非常方便拆卸，可以做到按照实验需求自由选择测量目标。此外，对于采集单元数量有限的特殊情况，该系统无需调整光路和自由选择测量目标的优势更加明显。

技术实现思路

1、为了克服传统的等离子体光学诊断诊断系统中存在的光路的功能较单一，对探针光的信息利用率不够高，以及在获取多种等离子体信息时，需要搭建多条光路,使用的光学元件多，占用空间较大等问题，本发明提供一种紧凑型等离子体诊断系统。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种紧凑型等离子体诊断系统，包括激光发生单元、第一分束装置、第一信号采集单元、偏振分束装置、第二分束装置、第二信号采集单元、偏振检测装置和第三信号采集单元；

4、所述激光发生单元设置在待测物前方，用于产生已知偏振状态的线偏振探针光，所述探针光透射过所述待测物后形成信息光；

5、所述第一分束装置设置在所述信息光传输方向上，与所述信息光成60度设置。所述第一分束装置将所述信息光分束为第一反射信息光和第一透射信息光。所述信息光和所述第一反射信息光和所述第一透射信息光在同一平面内。所述第一透射信息光为形状测量信息光；

6、所述第一信号采集单元设置在所述第一透射信息光的传输方向上，测量待测物的形状；

7、所述偏振分束装置设置在所述第一反射信息光的传输方向上，将所述第一反射信息光以小角度分为相互垂直的两个偏振信号。所述两个偏振信号仍在同一视场内，成为第二信息光；

8、所述第二分束装置设置在所述第二信息光的传输方向上，与所述第二信息光成60度设置。所述第二分束装置将所述第二信息光分束为第二反射信息光和第二透射信息光。所述第二反射信息光和所述第二透射信息光都包含所述第二信息光中的两个偏振信号。所述第二透射信息光为磁场信息光；

9、所述第二信号采集单元设置在所述第二投射信息光的传输方向上，采集所述第二透射信息光，测量磁场信息；

10、所述偏振检测装置设置在所述第二反射信息光的传输方向上，其偏振轴与所述偏振分束装置的偏振轴成45度，使所述第二反射信息光的两个偏振信号进行干涉。所述第二反射信息光经过所述偏振检测装置后，输出为电子密度信息光。

11、所述第三信号采集单元测量设置在所述电子密度信息光的传输方向上，测量电子密度信息；

12、所述信息光、所述第一反射信息光和所述第二反射信息光的光路构成正三角形或近似正三角形；

13、所述形状测量信息光、所述磁场信息光和所述电子密度信息光在三角形三边的延长线上分别被所述第一、第二和第三信号采集单元采集。

14、在其中一个实施例中，所述激光发生单元包括激光器和第一偏振片，所述第一偏振片设置在所述激光器的激光出射方向上。

15、在其中一个实施例中，所述第一分束装置为2：1强度分束镜，所述第二分束装置为1：1强度分束镜。所述第一分束装置与所述第二分束装置配合，使所述第一、第二和第三信号采集单元获得相同强度的信号。

16、在其中一个实施例中，所述偏振分束装置为沃拉斯顿棱镜，配合光路形成法拉第旋光测量装置。

17、在其中一个实施例中，所述偏振检测装置为第二偏振片，配合光路和所述偏振分束装置形成nomarski干涉装置。

18、在其中一个实施例中，所述第一信号采集单元包括第一成像透镜和第一ccd，所述第二信号采集单元包括第二成像透镜和第二ccd，所述第三信号采集单元包括第三成像透镜和第三ccd。所述第一、第二和第三成像透镜分别置于所述第一、第二和第三ccd前，用于成像。

19、本发明还提供一种便携式紧凑型等离子体诊断系统，其特征在于：包括框架、基座，和上述所述的任意紧凑型等离子体诊断系统。所述基座设置在所述紧凑型等离子体诊断系统下方，用于固定所述紧凑型等离子体诊断系统；所述框架包围固定所述基座和所述紧凑型等离子体诊断系统。

20、本发明还提供一种可拆卸紧凑型等离子体诊断系统，其特征在于：包括可拆卸基座，和上述所述的任意紧凑型等离子体诊断系统；所述可拆卸基座设置在所述第一、第二和第三信号采集单元下方，使每个信号采集单元可随时拆卸或安装，可以选择任意一个、两个或三个信号进行采集。

21、本发明的有益效果是，该紧凑型等离子体诊断系统利用各种物理信息诊断光路的共性，将多条光路进行简并，实现在同一条光路上同时进行等离子体的形状、密度以及磁场信息的测量。在光路搭建上，紧凑型等离子体诊断系统采用正三角形设置，能够充分利用各光学元件之间的空间，缩小整个系统的占用面积。紧凑型等离子体诊断系统的物理信息采集单元位于三角形顶点处，非常方便拆卸，可以做到按照实验需求自由选择测量目标。此外，对于采集单元数量有限的特殊情况，该系统无需调整光路和自由选择测量目标的优势更加明显。该紧凑型等离子体诊断系统能够克服传统的等离子体光学诊断诊断系统中存在的光路的功能较单一，对探针光的信息利用率不够高，以及在获取多种等离子体信息时，需要搭建多条光路,使用的光学元件多，占用空间较大等问题。所述便携式紧凑型等离子体诊断系统集成在所述框架和基座上，可以避免了调节摆放位置等一系列繁琐操作，保证工作效率。所述可拆卸紧凑型等离子体诊断系统使每个信号采集单元可随时拆卸或安装，可以任意选择信号进行采集。

技术特征：

1.一种紧凑型等离子体诊断系统，其特征在于：包括激光发生单元、第一分束装置、第一信号采集单元、偏振分束装置、第二分束装置、第二信号采集单元、偏振检测装置和第三信号采集单元；

2.根据权利要求1所述的紧凑型等离子体诊断系统，其特征在于：所述激光发生单元包括激光器和第一偏振片，所述第一偏振片设置在所述激光器的激光出射方向上。

3.根据权利要求1所述的紧凑型等离子体诊断系统，其特征在于：所述第一分束装置为2：1强度分束镜，所述第二分束装置为1：1强度分束镜，所述第一分束装置与所述第二分束装置配合，使所述第一信号采集单元、第二信号采集单元和第三信号采集单元获得相同强度的信号。

4.根据权利要求1所述的紧凑型等离子体诊断系统，其特征在于：所述偏振分束装置为沃拉斯顿棱镜，配合光路形成法拉第旋光测量装置。

5.根据权利要求1所述的紧凑型等离子体诊断系统，其特征在于：所述偏振检测装置为第二偏振片，配合光路和所述偏振分束装置形成nomarski干涉装置。

6.根据权利要求1所述的紧凑型等离子体诊断系统，其特征在于：所述第一信号采集单元包括第一成像透镜和第一ccd，所述第二信号采集单元包括第二成像透镜和第二ccd，所述第三信号采集单元包括第三成像透镜和第三ccd，所述第一成像透镜、第二成像透镜和第三成像透镜分别置于所述第一ccd、第二ccd和第三ccd前，用于成像。

7.一种便携式紧凑型等离子体诊断系统，其特征在于：包括框架、基座，和权利要求1-6任一所述的紧凑型等离子体诊断系统；

技术总结
本技术发明公开了一种用于激光等离子体实验的新型等离子体诊断系统，尤其是一种紧凑型等离子体诊断系统。该紧凑型等离子体诊断系统包括激光发生单元、第一分束装置、第一信号采集单元、偏振分束装置、第二分束装置、第二信号采集单元、偏振检测装置和第三信号采集单元。紧凑型等离子体诊断系统利用各种物理信息诊断光路的共性，将多条光路进行简并，利用一条光路获得等离子体的形状、电子密度和磁场等多种物理信息。此外，本技术发明设计新颖、结构紧凑。在光路搭建上，紧凑型等离子体诊断系统采用正三角形设置，能够充分利用各光学元件之间的空间，缩小整个系统的占用面积。紧凑型等离子体诊断系统的物理信息采集单元位于三角形顶点处，非常方便拆卸，可以做到按照实验需求自由选择测量目标。同时，该紧凑型等离子体诊断系统操作简单，能够保证工作高质高效。

技术研发人员：张雅芃,马作霖,平永利,仲佳勇
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：20230908
技术公布日：2024/5/10