Устройство для исследования неоднородностей плазмы по рассеянию оптического излучения Советский патент 1984 года по МПК G01N21/17 

4 7

Фиг.1 Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для исследования неоднородностей плазмы путем анализа рассеянного на неоднородностях оптического излучения. Известны устройства для исследования неоднородностей плазмы по рассеянию оптического излучения, содержащие источник оптического излучения (например, лазер) и приемник рассеян ного излучения U1 . Недостатки,; известных устройств обусловлены использованием метода, прямого детектирования для приема .рассеянного излучения. Одним из них является повышенная чувствительность приемных устройств к фоновому (например, тепловому) излучению, а также излучению рассеянному на дефе тах оптических элементов, и к боковым лепесткам зондирующего пзчка излучения . Последнее сильно осложняет прием излучения, рассеянного на малые углы. Кроме того, прием рассеянного излучения путем прямого детектирования пгредполагает проведение анализа его частотного спектра чисто оптическими методами, обладающими сравнительно низкой (по сравнеНИ10, например, с радиотехническим ме тодом) разрешающей способностью. Наиболее близким по технической сущности к предпагаемому устройству является устройство дпя исследования неоднородностей плазмы по рассеянию оптического излучения, содержащее источник направленного излучения, расположенный по ходу излучения светоделитель, формирующий измерительный и опорный каналы, расположен ные по ходу рассеянного плазмой излучения второй светоделитель и фотоприемное устройство. Наклон светоделителей выбирается таким образом, чтобы направление распространения волнового фронта опорного пучка совпадало с направлением распространения исследуемой компоненты углового спектра рассеянного излучения. Сведения о рассеянном излучении получаются из анализа сигнала биений на частоте, равной разности частот опорного и рассеянного излученияС21. Недостатком известного устройства является то, что совпадение волновых фронтов опорного и рассеянного пучко излучения обеспечивается лишь для строго определенного угла рассеяния, так что исследуется лишь одна компонента углового спектра рассеянного излучения. Для исследования излучения, рассеянного под другими углами, необходимо изменять ориентацию по крайней мере одного из светоделителей и перемещать приемное устройство. Это исключает возможность использования подобных устройств для одновременного анализа излучения, рассеянного под различными углами. Целью изобретения является повышение количества получаемой в единицу времени информации при сохранении 1ЫСОКОЙ чувствительности устройства. Цель достигается тем, что в устройство для исследования неоднородностей плазмы по рассеянию оптического излучения, содержащее источник направленного излучения, расположенный по ходу излучения светоделитель, формирующий измерительный и опорный каналы, расположенные по ходу рассеянного плазмой излучения второй светоделитель и фотоприемное устройство, в опорном канале расположена линза,, удаленная от второго светоделителя, на расстояние, равное алгебраической сумме расстояния от второго светоделителя до объема с исследуемой плазмой и фокусного расстояния линзы, а приемное устройство выполнено в виде набора из по крайней мере двух приемников излучения . Линза может быть выполнена аксиально-симметричной. Кроме того, линза может быть выполнена цилиндрической, при этом фотоприемное устройство выполнено в виде линейки фотоприемников. На фиг.1-4 приведены схемы нескольких вариантов предлагаемого устройства. В состав устройства входят источник 1 оптического излучения и расположенные далее вдоль по ходу луча первьй светоделитель 2.и второй светоделитель 3, линза 4 и приемное устройство 5. В отдельные варианты конструкции могут входить вспомогательные отражатели 6. Исследуемый объем плазмы 7 размещается на оптической оси источника излучения- за первымсветоделителем. Первый светоделитель 2 расположен на оптической оси источника излучения перед исследуемым объемом плазмы 7, а второй светоделитель 3 - за исследуемым объемом плазмы на оптической оси, соединяющей указанный объем с приемным устройством 5. Данные светоделит/ели расположены согласованно под косыми углами к указанным оптическим осям и образуют новую оптическую ось, называемую всп могательной, В качестве светоделителей могут быть использованы, напри мер, оптические клинья или плоскопараллельные пластинки с диэлектриче ким покрытием. Приемное устройство 5 выполнено в виде набора из двух или более приемНИКОВ излучения и размещено за иссле дуемым объемом плазмы 7. Устройство работает следующим образом. Пучок зондирующего оптического из .лучения от источника 1 проходит через исследуемый объем плазмы 7, при наличии в плазме неоднородностей, например в вида волн плотности, зондирующий пучок излучения на них рассеивается и часть его мощности переходит в новые, рассеянные пучки, которые попадают в расположенное за исследуемым объемом приемное устройство 5. Часть мощности зондирующего пучка излучения ответвляется светоделителем 2 и после прохождения через линзу 4 совмещается по направлению с рассеянным излучением при помощи второго светоделителя 3, образуя опорный пучок излучения, для приемного устройства 5. При интерференции опорного пучка и рассеянного излучения возникают биения с разностной ча тотой, которые и регистрируются приемным устройством. Для эффективной работы устройства фокусное расстояние линзы Р должно быть не боЛее чем 2WA/A , где У - радиус сечения пучка излучения на линзе 4, AV величина диапазона исследуемых углов рассеяния, поскольку только в этом случае линза обеспечивает примерно одинаковый уровень мощности опорного излучения на каждом из приемников. В качестве линзы может быть использована как аксиально-симметричная линза (например, со сферическими поверхностями), так и цилиндрическая линза (с одной или двумя цилиндрическими рабочими поверхностями). Аксиально-симметричная линза позволяет производить двумерный угловой анализ рассеянного излучения, а цилиндрическая линза - лишь-одномерный. Вместе с тем цилиндрическая линза более экономична в смысле использования мощности опорного пучка излучения, что может играть важную роль для повьщ1ения чувствительности приемного устройства и хорощо согласуется с фотоприемным устройством, выполненньм в виде линейки фотоприем- НИКОВ. Конструкция устройства позволяет повысить количество получаемой в (единицу времени информации в 2 и более раз (пропорционально числу используемых приемников излучения). Повьш1ение информативности работы устройства достигается без какой-либо потери в чувствительности или разрешающей способности.

1. УСТРОЙСТВОДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПЛАЗМЫ ПО РАССЕЯНИЮ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее источник направленного излучения, расположенньй по ходу излучения светоделитель, формирующий измерительный и опорный каналы, расположенные по ходу рассеянного плазмой излучения второй светоделитель и фотоприемное устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения количества получаемой в единицу времени информации при сохранении чувствительности устройства, в опорном канале расположена линза, удаленная от второго светоделителя на расстояние, равное алгебраической сумме расстояния от второ-. го светоделителя до объема с исследуемой плазмой и фокусного расстояния линзы, а приемное устройство выполнено в виде набора из по крайней мере двух приемников излучения. 2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что линза выполнена аксиально-симметричной. 3.Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что линза выполнена цилиндрической, при этом фотоприемное устройство .выполнено в виде линейки фотоприемников.

/

4Фиг.З. 2

/

Л 7

- б

Фиг.4