Многоканальный анализатор спектра рассеянного плазмой света

 

« 533268

Союз Советски"

Социалистических

Республик

Qr!! исАНИЕ

ЙЗОБРЕТЕЙ ЙЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ;зт

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.10.75 (1) 2175857/25 (51) М. Кл.-" С 01 1 3/22 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (43) Опубликовано 25.06.77. Бюллетень ¹ 23 (45) Дата опубликования описания Об.09.77 (53) УДК 533.9.07:533. .4 (088.8) (72) Автор изобретения

В. С. Демин (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

РАССЕЯННОГО ПЛАЗМОЙ СВЕТА

Изобретение относится к устройствам для диагностики плазмы, в частности, для определения температуры плазмы методом томсоновского рассеяния лазерного излучения электронами плазмы.

Известно устройство для получения спектра рассеянного плазмой света, состоящее из светофильтра, сканируемого по углу наклона по отношению к падающему лучу, и фотоумножителя, с помощью которого детекти- 10 руется рассеянное излучение. Регистрация сигнала рассеяния в спектральном интервале, определяемом углом наклона светофильтра, п1роизводится с помощью осциллопрафа. Однако такое устройство является одноканальным. 15

Оно ие применимо для исследования невоспроизводимой плазмы и требует затраты большого количества времени на регистрацию контура рассеянного излучения по сравнению с многоканальным устройством (1J.

Известны многоканальные анализаторы спектра рассеянного плазмой света, включающие диспергирующий элемент и фотоумножитело, подключенный к осциллографу (2).

В них обычно а!нализируются промышленные спектрографы либо монохроматорьi, в фокальпой плоскости которых размещают торцы волоконной оптики, подсоединенной с другой стороны к ряду фотоумножителей, а спектральный контур разбивается на и участков, число которых разно числу регистрирующих каналов.

B подобных анализаторах используются громоздкие спсктрографы, пм свойственна многоэлементность, которые создают сложности как при создании этих устройств, так и пр:1 работе с ними.

Цель изобретения — упрощение конструкции для определения электронной температуры плазмы.

Цель дости-.ается тем, что в а,нализатор спектра вводят последовательно расположенные линзу с набором диафра-ii д, я pop»IIрования параллельного светового пучка, систему пространственно-вре,;снного разделе,;,!я параллельного светового пучка и линзу .1ля формирования наклонных световых пучков, разделенных в пространстве и времени, фокальной IlлоскосTH которой расположеH диспергир, 1ощи11! элемент в в!1дс 3 зкопо,1осного интерферснцпонного светофильтра (УПИСФ) .

Предлагаемый спектроанализатор не требует !!pi!»elle!I»II спектрографа ил,i монохроматора. Функции этого пр!!бора —,ыпол!!яе г интсрферспцио 1нь;й светофильтр. В устройсТН c:lñктрал! 1!Ый коl-:тx 1) рассеяп11ого излучения также разбпзаетс:=. на .частя, соответствующие полосе про.—.уска11!1я cI .стоф 1льтра, но, благо:.à"ð>- . спог ьзов",;1:по; стро11ства

533268

10

С-.

d)

2cos х

65 р

arctg — 15, для пространственного временного разделения световых импульсов в сочетании с усгройством для преобразования параллельных пучков в наклонные, сходящиеся в одной точке на поверхности УПИСФ при малом угле сходимости для каждого из пучков, можно все эти пучки света направить на один фото умножитсль. Благодаря использованию одного фотоумножителя, вместо нескольких, а также замене спектрографа интерференционным светофильтром, на который под разными углами падают пучки света, конструкция спектроапализатора существенно упрощается.

На чертеже схемати:1ески изображено предлагаемое устройство. Свет, рассеянный плазмой в телесном угле, определяемо 1 III .Iзой 1, формируется в параллельный пучок с помощью линзы 2 и системы диафрагм 3

Полученный пучок направляется в систему пространственно-временного разделения световых пучков, состоящую из двух параллельных зеркал, одно из которых 4 является част1ично прозрачным, а другое 5 имеет коэффициент отражения, близкий к 100 ip. Расстояние между зеркалами d выбирается таким образом, чтобы где С вЂ” скорость света, т — длительность лазерного импульса, а — угол падения луча на зеркало 4.

Расстояние между пучками а должно удовлетворять условию а 2dtgu.

Вышеприведенные требования необходимы для того, чтобы пучки света не перекрывались во врсмечи и пространстве, Параллельные пучки света, выходящие из системы пространственно-временного разделения свето вых пучков, попадают на участок линзы 6, размещенный по одиу сто1р ону от главной оси л1инзы. Линза 6 преобразует параллельные пучки света в наклонные, сходящиеся на пове рх1ности уз кополосного ин1ге1р ференцион ного светофильтра (УПИСФ) 7. УПИСФ, имеющий центральную длину волны пропускания

Хо, соответств1ующую длине волны лазерного излучения, располагается в фокальной плоскости линзы 6. Для того, чтобы основные параметры светофильтра такие, как коэффициент пропускания в полосе пропускания за.метно не отличались для каждого из наклонных лучей, радиус R и фокусное расстояние линзы 6 F избираются такими, чтобы что соответствует отклонению центральной длины волны 1пропу IKBíèÿ для крайнего .из наклонных лучей от 1.11 на величину

ai,= 001 i, 20

С другой стороны, угол сходимости каждого из лучей на поверхности светофильтра не;Iîлжен превышать 3, при этом основны параметры узкополосных светофильтров 0изменяются. Это накладывает условие

F ) 19 b, где b — ширина параллельного пу IKB света, которое легко выпоl!15IcT05I. Таким образом участок спектра, г, котором производится ана1113 спектрального контура, настроенного на длин волны лазера ва р би1

i.Ii = 6943 А, составляет 6 i. = 0 А. Максималь11ое количество световых пучков опред"ляется условием: где 5i. — полоса пропускавшая УПИСФ.

Фильтры 8 и 9 из цветного оптического стекла служат для образования побочны. максимумов пропускания светофильтра 7.

Различия в интенсивностях световых пучков. выходящих из системы пространственно временного разделения световых II»lli льсов, а также незначительные различия в коэ1рфициентах пропускания для p 33111! х углов падения компенсируются при настройке спектроанализатора с помо1ць1о кл11 но111>iх компенсаторов 10.

Световые пучки, задержанные друг относительно друга попадают на катод фотоумножителя 11 и регистрируются на экране î"циллографа 12 в виде серии импульсов. Огибающая этих импульсов представляет контур рассеянного излучения, по полуширине которого определяется электронная температура плазмы. Для этого горизонтальная развертка осциллографа градуируется в разностных длинах волн i.„— i.!i, где i„, центральная длина волны пропускания n-ro канала для и-го наклонного луча, Устройство в данном варианте позволяет зарегистрировать контуры рассеянного излучения и определить электронную температуру относительно низкотемпературной плазмы, для которой полуширина контура рассеяния б Х1 меньше величины спектрального участка о 1., в области которого работает светофильтр при сканировании угла наклона.

6i1(б1.(1ООА

Это соответствует области определения температур

Те. =-.3e V

В случае, когда Те ) 3eV что соответствует

0 i! ) Ю для построения контура, можно использовать отраженные от УПИСФ световые пучки и через линзу 18 направить их на узкополосный интерференционный светофильтр

14, работающий в другом спектральном участке длин волн, не перекрывающемся с предыдущим участком. При этом из нового каскада получается аналогичная серия импульсов, которыми можно дополнить предыдущую се533268

25 рию с помощью кабельной линии задержк-i, л ибо можно рассматривать новую серию на другом луче осциллографа. Каскад по аналогии с описанным представляет собой линзу для формирования нескольких сходящихся пучков, узкополосный интерференционный светофильтр, расположенный в фокальной плоскости линзы, и фотоумножитель.

Данное устройство наиболее эффективно может работать при inопользо|вании лазеров с длительностью импульса т 1 нсек. В этом случае расстояние между зеркалами системы п ростран ственио в реме нного разделения световых пучков сравнительно небольшое

d (30 см и при такой длине легче обеспечить с помощью коллимирующей системы прохождение пучка света через систему пространственно временного разделения световых пучков.

Предлагаемое устройство может найти применение, когда для определения температуры электронов плазмы требуется компактная и не очень сложная установка, например. при исследовании космических плазменных объектов.

15

Формула изобретения

Многоканальный àíàлпзато р спектра рассеянного плазмой света, включающий дипергирующий элемент и фотоумножитель, подключенный к осциллографу, о т л п ч а юшийся тем, что, с целью упрощения конструкции. устройство содержит последовательно расположенные линзу с набором диафрагм для формирования параллельного светового пучка, систему пространственно времеино.-о разделения параллельного светового пучка н линзу для формирования нак IOHHblx световых пучков, разделенных в пространстве и времени, в фокальной плоскости которой расположен диспергирующий элемент в виде узкополосного интерференционного светофильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Schwarz S. Е. Proc. Justr. Electron Eng. (1963, v. 51, р. 1362.

2. Beach A. Z. J. Set Justr. 1967, с 44, р.

690 †6.

533268

Я",т,ьма, о

Составитель В. Минин

Текред В. Рыбакова

Корректор В. Гутман

Редактор P. Киселева

Заказ 501/1180 Изд. № 68 Тираж 881 Поди::снос

ЦНИИПИ Государственного комитета Сонета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва 7<-35, Ратшская наб., д, 4/5

Тиг,. Харьк. фил. пред. «Патент»