ЛАЗЕРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ Советский патент 1972 года по МПК G01B9/02 

Предлагаемый лазерный интерферометр может быть использован для :ИЗмерен1ИЯ концентрации элект.ронов в ллазме разл-ичной степени «онизация и ;малой оптической плотности в тех случаях, когда время изменения концентрац.ии электронов в плазме при ее образовании или распаде больше постоян-ной времени системы стабилизации « может быть одного лорядка с периодом наиболее низкочастотных механических колебаний и вибраций, действующих «а интерферометр в условиях эксперимента. Для устра«евия влияния вибраций на интерферометр и результаты измерений .в настоящее время используют как обычные амортизирующие устройства для защиты от вибраций и тряски, так и электромеханические системы стабил;изации, позволяющие поддерживать оптическую длину резонатора постоянной при действии на интерферометр этих ломех.

Известен лазерный интерферометр с электро.механической системой стабилизаци1и оптической длины пассивного резонатора, состоящий из газового лазера, работающего в непрерывном режи.ме и излучающего одну волну, и пассивного резонатора -с электромеханической Системой стабилизации.

Однако ввиду того, что в лазерном интерферометре использован лазер, излучающий одну волну, то для работы системы стабилизации

и для измерения используется одна и та же волна. Это не позволяет использовать лазерный ;и1нтерферомегр для измерения концентрации электронов ,в плазме, в тех случаях,

когда время измерен)ия концентрации электронов больше достоянной времени системы стабилизации, так как система стабилизациИ отрабатывает изменение оптической длины пассивного резонатора, вызьгааемое изменение.м концентрации электронов в плазме. Увеличение постоянной времени системы стабилизации лр.иводит к тому, что система стабилизации перестает стабилизировать опТ1лческую длину нассивного резонатора на еще

более низких частатах вибраций, так как для обеспечения стабилизации необходимо, чтобы пер.иод вИбраций был больше постоянной времени системы стабилизации. Однако в ряде случаев необх1одимо И3..мерять концентрацию электронов в плазме, время из.менения которой велико и сравнимо с иериодом наиболее низкочастотных вибраций, действующих на интерферометр, имеющих частоты ниже 1 кгц. В этих случаях данный

лазерный интерферометр не может быть использован.

В целях повышения точности измерений в предлагаемом лазерном интерферометре применен газовый лазер, работающий в нелрещнй одновременно две волны разной длины, т. е. для работы системы Стабилязации и для измерения используются разные волиы, а также применен монохроматор с двумя выходными щелями, позволяющий выделить эти волны из фонда .излучения .плазмы.

Схема лазерного интерферометра изображена на чертеже.

Лазерный :И1нтерферометр содержит газовый лазер /, оптический резонатор которого образова« зеркалам;и 2 и J, и пассивный резонатор, который образован зеркалом 3 и подвижны.м плоским зеркалом 4. Газовый лазер -работает в непрерывном и одномодопом реж;1.ме и излучает одновременно две волны.

Зеркало 4 укреплено на пьезоэлементе 5, с номощыо которого оно может иеремещатьоя вдоль ос: пассивного резонатора при воздействии на пьезоэлемент вправляющего пшпряжения. Зеркало 4 итмеет металлиз.ированное покрытие л является частично прозрачиыч для обеих лазерных волн.

В пассивном резонаторе для ограничения луча установлена круглая диафрагма 6. Луч, выходящий нз ласснвиого резонатора черзз зеркало 4, попадает в монохроматор 7, где делится «а два луча с ра.ЗНЫМи длинам волн.

Система стабилизации оптической длинны пассивного резонатора включает монохроматор 7, приемник 8 излучения, предварительный усилитель 9, осно-вной уснлитель Ю н иьезоэле.мент 5. Предварительный усилитель является усилителем ностоянного тока. Он и.меет небольшой коэффиц.иеит усиления и находится рядом с прие-мникем 8. Основной усилитель также я вляется усилителем постоянного тока. Его коэффициент усиления выбирается достаточно больщим. Измер.ительный канал образован .моно.хро.маторОМ 7, npiiемнико.м // излучения И катодным повторителе.м V2.

Для репистрации циклов .модуляции испо.аьзуется и.мпульсный осциллограф 13. В пассивном резонаторе находится камера 14, в .чоторой образуется плаз .ма лрИ действии ра.чрядиого устройства /5, от которого одновременно занускаются развертки осциллографа 13.

Если система стабилизации выключена и плазмы в камере 14 нет, то действие в ибраций на интерферометр сказы зается на изменении оптической длины пассивного резонатора, что приводит iK колебаниям интенсизности обоих лучей, выходящ.их из монохрО матора. Пр.и этом один Ц1икл модуляции интентивности этих лучей соответствует из.менению оптической длииы пассивного резонатора на полволны.

Действие вибрации иа резонатор лазера сказывается знач.ительно меньще, так как резонатор является обычно более жестка-гм и из.менен1ие его оптической длины -приводит лишь к незначительному изменению мощности излучения лазера.

действие в.и6рацяй на интерферометр npai oдит к появлению управляющего напряженля на Иьезоэле.менте 5, который лере.мещает зеркало 4 в том направлении, чтобы уменьщить

изменение оптической длины пассивного резонатора, вызванное виб-рацией. Если TenepEj при включении системы стаб.Ил.изац.ИИ в ка.мере 14 образуется плазма ш концентрация электронов В ней нарастает в течение некоторого вре.мени от нуля до м.аксимального значения, то это вызывает изменение оптической длины иассивиого резонатора на обеих длинах .воли. Одиако йа золне систе.мы ст;:,б,ила1заЦии

изменение оптической длины пасоивного резонатора, вызываемое плаз.мой и вибрациями, комленоируется системой стабил-изации. В результате на .выходе измерительного канала появляются циклы модуляции, число которых

меньше, че.м в случае, когда система стабилизации не действует. Число циклов определяется показателем -прело.мления нлазмы на волне из.мерительного канала с учетом ко.мле-нсации из.менения оптической длииы

пассивисго резонатора, вызванного показателем преломления плазмы на волне системы стабилизации. Таким образом в измерительном канале регистрируются циклы модуляции, возникающие за счет разницы в локазателях ирело.мления плазмы для обеих лазерных волн, т. е. за счет дисперсии плазмы.

Для нормальиой работы лазерного интерферометра необходимо, чтобы время изменения концентрации электронов было больше

постоянной времени системы стабилизации, так как в противном случае система стабилизации компенсирует изменение оптической длины иассивного резонатора, вызываемое плазмой. Система Стабилизации обеспеч.ивает

защиту интерферометра от тех механических вибраций, периоды которых больше постоянной времени системы стабилизации. Для лучшего о-слабления света плазмы необходилю иснользозать .монохроматор с большой разрешающей способностью.

Концентрация электронов в данном случае определяется по формуле

А5л2

8,92-10 Ч..-, (л,2-/Л)

где /. - длина волны в измерительном канале,

Л - длина волны в систе.ме стабилизации, /„,., - nyj луча Лазера в нлазме, 5 - число циклов модуляции, регистрируе.мое в измерительнОМ канале.

Если илаз.ма ионизирована не полностью, то интерфер01метр регистрирует коннентраци.ю электронов без учета неЙ1ральных атомов, так 1ка:К дисперсия нейтральных ато.мов вне полос поглощения незначительна ио сравнению с дисперсией электронов.

плазмы, содержащий лазер, оассивный .резонатор, одно из зеркал которого вьто.тн&по подвижным и соединен-о с пьезоэлв ентом .для электромеханической стабилизации onxiiческой длины резонатора, и сосуд для плазмы, установленный в резонаторе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он .содержит лазер, генерирующий

одновременно две длины волны, подвижюе зеркало выполнено полупрозрачным для обеих длин волн, а за зеркалом вне резонатора расположен монох-роматор с двумя выходными щеля-ми II двумя приемниками излучения, причем сигнал с одного приемника лодаегся через усилитель на льезоэлемент, а сигнал с другого Ириемника 1иодается на осциллограф.

3-t