ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЬ'; Советский патент 1970 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к устройствам для диагностики плазмы интерферометрическим методом с использованием лазерного источника света.

Известны интерферометры, содержапдпе онтический квантовый генератор, резонатор, заполненный плазмой, и фотоумножитель. Луч лазера направляется через резонатор, в качестве которого используется, например, система Фабри-Перо, и регистрируется фотоумножителем. При измерениях используется один максимум пропускания интерферометра, что обеспечивает большую чувствительность измерений. Однако в такой системе предъявляются высокие требования к стабильности оптической длины пути. За время измерений относительное изменение оптических длин лазера и интерферометра должно быть меньшим 10 длины волны, а температурные и механические нестабильности могут превышать эту величину. В данном случае применение известных методов стабилизации невозможно, так как будут стабилизоваться не только вредные возмушения, но и те, которые создаются изменением электронной концентрации и подлежат измерению.

Предлагаемый интерферометр устраняет эти ограничения и обеспечивает измерение электронной концентрации стационарной плазмы с высокой точностью, т. е. с использованием однего максимума пропускания интерферометра.

Сущность изобретения заключается в использовании системы стабилизации, которая компенсирует изменения относительных длин лазера и резонатора при возникновении тепловых и механических нестабильностей, но при этом позволяет определять изменение оптической длины пути, вызванное плазмой. В качестве стабилизирующего элемента использован дополнительный лазер, длина волны которого отличается от длины волны основного лазера, а луч вспомогательного лазера прн помощи системы зеркал направлен через основной лазер и регистрируется двумя фотоумножителями, сигналы с которых поданы на пьезоэлектрпческое устройство, закрепленное на зеркале основного лазера и резонатора.

На чертеже представлена принципиальная схема установки.

Интерферометр состоит из основного лазера /, стабилизирующего лазера 2 и резонатора 3 Фабри-Перо, внутри которого помещается исследуемая плазма 4. Система содержит зеркала 5-10. Внутри лазера / помещены регулировочные плосконараллельные пластины //. Система регистрации включает светофильтр 12, фотоумножитель 13 и записывающий прибор 14. Система стабилизации, помимо 2, содержит зеркала 15-20, светофильтры 21 и 22, фотоумножители 23 и 24, усилители 25 и 26 и пьезоэлектрики 27 ц 28, изготовленные из титаната бария, к которым прикреплены зеркала 6 и 9. По обе стороны от лазера 2 устанавливаются оптические изоляторы, состоящие из поляроидов 29 и 30 и четвертьволновых пластинок 31 и 32.

Принцип действия схемы б.ез.системы стабилизации заключается в следующем.

Исследуемая плазма 4 помещается внутрь резонатора 3. В качестве источника излучения используется лазер / с длиной волны .i. Как известно, пропускание резонатора Фабри-

Перо имеет вид узких максимумов, разделен(

ных по частоте интервалом Av (С-ско2ioilT

рость света, Lom - оптическая длина пути внутри интерферометра). При возникновении внутри интерферометра плазмы показатель преломления на длине плазмы /р меняется по сравнению с показателем преломления первоначального газа на Длр. Оптическая длина пути резонатора 5 меняется нри этом на величину /рД«р, что вызывает смещение максимумов пронускания по частоте на 6v

8vr.v,

опт

или В ДОЛЯХ порядка

8v 2/pAnpv

д;

где V - частота излучения лазера.

Теперь линия лазерного излучения располагается на другом участке кривой пропускания интерферометра. Это изменение проходящего через интерферометр света и зафиксирует регистрирующая система, содержащая светофильтр 12, фотоумножитель 13 и записывающий прибор 14.

Изменение показателя преломления плазмы, обусловленное присутствием свободных электронов, связано с их концентрацией Ne по известному закону

гA«ntzr-iNe

2-

(е - заряд, am - масса электрона). Таким образом, зарегистрированный системой сигнал оказывается непосредственно связан с Ne.

Однако изменение нронускания интерферометра может быть обусловлено не только изменением электронной концентрации нлазмы, но и относительным изменением оптических длин пути лазера / и резонатора 3 вследствие температурного дрейфа, механических вибраций и т. д.

Для избирательной компенсации относительного изменения длин лазера и резонатора, вследствие температурного дрейфа, механических вибраций и других факторов, не обусловленных изменением Ne плазмы, предлагается система стабилизации, основным элементом которой служит лазер 2, работающий на более короткой длине волны KZ- Излучение лазера 2 при иомощи непрозрачных зеркал 15, 16 и 20 ъ полупрозрачных зеркал /7, 18 и 19

пропускается через лазер / и резонатор 3 и попадает на фотоумножители 23 и 24. Частота лазера 2 устанавливается в выбранных точках кривых пропускания интерферометров, образованных зеркалами 5, 6 и 9, 10. При изменении расстояния между зеркалами 5 и 6 или 9 и 10 изменяется величина сигнала, снимаемого с фотоумножителя 23 (или 24). Это изменение сигнала усиливается усилителем 25 (или 26) и

подается на пьезоэлектрик 27 (или 28), компенсирующий изменения длины лазера / (или резонатора 3). Подобная система стабилизации иоддерживать относительные длины резонаторов лазера 1 и резоиатора 3 с

точностью Хд. При этом компенсации длины резонатора интерферометра нри возникновении в нем плазмы не происходит (точнее компенсация будет лип1ь частичиая), хотя работа системы несколько отличается от работы известных схем.

При возникновении внутри резонатора 3 пламы оптическая длина пути для излучения лазера /, как и ранее, изменяется в долях по. eWeXi рядка на величину, равную /р :г- а Для

г. тс-л

излучення лазера 2 - на величину /р

лотеБлагодаря воздействию системы стабилизации длина резонатора интерферометра частично

компенсируется на величину /

Т7 (1 ТТО ОС17ТТ1ТТТТГГЛ7/-

И

р

т.тспоэтому для излучення лазера 1 результирующее изменение оптической длины интерферометра составляет

27y(V:/. ЯИС

Это изменение фиксируется системой регистрации по измепению пропускаиия резонатора 3

излучения лазера /.

Таким образом, стабилизирующая система полностью компенсирует изменения относительных длин лазера / и резонатора, вызванные механическими и прочими нестабильностями, и позволяет регистрировать изменеиие оптической длины пути резонатора, обусловленное появлением плазмы.

Предмет изобретения

Интерферометр для диагностики плазмы, содержащий оптический квантовый генератор, резонатор, заполненный илазмой, и фотоумножитель, отличающийся тем, что, с целью комиенсации нестабильности оитической длины пути, он содержит дополнительный лазер, длина волны которого отличается от длины волны основного лазера, а луч вспомогательного лазера, при помощи системы зеркал направлен

через основной лазер и регистрируется двумя фотоумножителями, сигналы с которых поданы на пьезоэлектрическое устройство, закрепленное на зеркалах основного лазера и резонатора.

25

26

г/СИ izzi

/Х, .хь t //AN- -

f/

/sX 571

12

28

fr

МР

/j

Ю

20