Лазерный интерферометр для диагностики плазмы

ОПИСАНИЕ И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ 330380 Союз Советскив Социалистические РеспубавК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Завчссссмое от авт, свидетельства %в 21/О Заявлено 20.111.1970 ( 1414544/26-25)с присоединением заявки М -Приоритет -Кл. 6 Комитет по делам изобретений и открыти ори Совете Министров СССРДК 533 9 08 (088 8) со 24.1.1972. Бюллетень Ъ Опуолико ата опублцковаьшя описания 15.17.1972 Авторизобретенссь.П. По осковский ордена Ленина авиационный институт им. Серго ОрджоникидзеЗаявит ГНОСТИКИ ПЛАЗ ЛАЗЕРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕ Предлагаемый лазерный интерферометр может быть использован для измерения концентрации электронов в плазме различной степени ионизации и,малой оптической плотности в тех случаях, когда время измененчя концентрации электронов в плазме при ее образовании или распаде больше постоянной времени системы стабилизации и может бьггь одного, порядка с периодом ьсаьсболее,низкочастотных мехаьсических колебаний и вибрацийдействуюсцьсх на интерферометр в условиях эксперимента. Для устранения влияния вибраций на интерферометр и,результаты измерений ьв настоящее время используют как обычные амортизирующие устройства для защиты от вибраций и тряски, так и электромеханическце системы стабилизации, позволяюсцие поддерживать оптическую длину резонатора постоянной при действии на сснтерферометр этих ьпоме.Известен лазерный,интерферометр с электромеханической системой стабилизацьви оптической длины пассивного резонатора, состоящий из газового лазера, работающего в ненрерывном режиме 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 ц для измерения используется одна и та же волна, Это не позволяет использовать лазерньсй;интерферомегр для измерения концентрации электронов,в плазме, в тех случаях, 5 когда время ссзмереяия концентрации электронов больше, постоянной времени системы стабилизации, так как система стабсслизацссьц отрабатывает изменение оптической длины пассивного резонатора, вызываемое измене- О нцем концентрации электронов в плазме.Увеличение постоянной времени системы стабилизации приводит к тому, что система стабилизации перестает стабилизировать оптическую длину пассивного резонатора на еще 5 более низких частотах вибраций, так как дляобеспечения стабилизации необходимо, чтобы период вибраций был больше постоянной времени системы стабилизацсссс.Однако в ряде случаев ьсеобходссвсо изме- О рять концентрацию электронов в плазме, время изменения которой велико и сравнимо с периодом наиболее низкочастотных вибраций, действуюцвсх на интерферометр,:имеющих частоты ниже 1 кгсс. В этих случаях данный 25 лазерный пнтерферометр не может быть использован.В целях, повышения точности измерений впредлагаемом лазерном цнтерферометре применен газовый лазер, работающий в непреЗо пывном и одномодовом режиме и излучающцй одновременно две волны разной дли:ы, т, е. для работы системы стабилизации и для измерения используются разные волны, а также применен монохроматор с двумя выходными щелямц, позволяющий выделить эти волны из фонда. излучения плазмы.Схема лазерного интерферометра изображена ца чертеже.Лазерный интерферометр содержит газовый лазер (, оптический резонатор которого образован зеркалами 2 ц д, ц пассивный резонатор, который образован зеркалом д и подвижным плоским зеркалом 4. Газовый лазер работает В непрерывномОдцолодовол реж:ме и излучает одно ременно две волны.Зеркало 4 укреплено на пьезоэлементе 5, с помощью которого оно может перемещатья вдоль оо; пассивного рсзонатора прц воздействии на пьезоэлемент управляющего напр- жецця, Зеркало 4 имеет металлцзрованнос покрыте,ц является частично прозра:цы и для обеих лазерных волн,В пассивном резонаторс для ограничения луча установлена круглая диафрагма б. Лг, выходящий цз пассивного резонатора через зеркало 4, попадает в монохроматор 7, где делится а два луча с разными длинами волн.Система стабилизаццц оптической длинь пассивного резонатора вклочает монохроматор 7, приемник 8 излучения, предварительный усилитель 9, основцой усилитель 10 и пьезоэлемент 5. Предварительный усилитель является усилителем постояч;ого тока, Оц юеет небольшой коэффициент усиления ц находтся рядом с приемником 8. Основноц усилитель также является усилителем постоянного тока. Его коэффициент усиления выбирается достаточно большим, Измерительный канал образован моцохроматором 7, приемником 11 излучения ц катодцым повтор - телем 12.Для регистрации ццкчов модуляции используется импульсный осциллограф 13. В пассивном резонаторе находится камера 14, в ко. торой образуется плазма лри действии разрядного устройства 15, от которого одновременно запускаются развертки осциллографа 13.Если система стабилизации выключена и плазмы в камере 14 нет, то действие вибраций на интерферомегр сказывается на изменении оптической длины пассивного резонатора, что приводит к колебаниям интенсиз:ости обоих лучей, выходящих из монохрома- тора, При этом один цикл модуляцци инте - тцвцостц этих лучей соответствует измененп,о опгическо длины пассивного резонатора ца полволны.Действие вибрации ца резонатор лазера сказывается значительно меньше, так как резонатор является обыччо более жестким и изменение его оптической длины приводит лишь к незначительному измсненио мощности излучения лазера.Гслп система стабилизации включеца, то 5 10 15 20 25 30 й" 40 45 50 55 60 15 действие в:браций ца цнтерферометр прцзодит к появлению управляющего напряжен:яца пьезоэлементе 5, который перемещает зеркало 4 в том направлении, чтобы уменьшитьизменение оптической длины пассивнопо ре.зонатора, вызванное вибрацией. Если теперьпри включении системы стабилизации в камере 14 образуется плазма и концентрацияэлектронов в ней нарастает в течение некото.рого времени от нуля до максимально означения, то это вызывает изменение оптической длины пассивного резонатора на обеихчинах вочцОднако йа воце системы ст;,бцлизаци"изменен;е оптической длины пасоивного резонатора, вызываемое плазмой и,вибрациями,компенсируется системой стабилизации. В рс.зультате на выходе измерительного канадапоявляются циклы модуляции, число которыхменьше, чем в случае, когда система стабилизации не действует, Число этих цнклоз определяется показателем преломления плазмына волне измерительного канала с учетомкомпечсацц изменения оптической длиныпассцвнсго резонатора, вызванного показателем преломления плазмы ца волне системыстабилцзац:и. Таким образом в измерительном канале регистрируются циклы модуляции, возникающие за счет, разницы в показателях преломления плазмы для обеих лазерныхволн, т. е. за счет дисперсии плазмы.Для нормальной работы лазерного интерферометра необходимо, чтобы время изменения концецтраци электронов было большепостоянной времени системы стабилизации7так как в противном случае система стабилизации не компенсирует изменение оптическойдлины пассивного резонатора, вызываемоеплазмой. Система стабилизации обеспечиваетзащиту ццтерферометра от тех механическихвибраццй, периоды которых больше,постоянной,времеци системы стабилизации. Для лучшего ослабления света плазмы необходимоиспользовать монохрохатор с большой раз.решающей способностью.Концентрация электронов в данном случаеопределяется по формуле)2892 10 ц 1,: (1- .)где . - длина волны в измерительном канле,- длца волны в системе стабилизации,1,. - путь луча лазера в плазме,Л 5 - число циклов модуляции, регисгрируемое в измерительном канале.Если плазма нонизирована неполностью, тонтерферометр регистрирует концентраццоэлектронов без учета нейтральных атомов,так как дисперсия нейтральных атомов внеполос поглощения незначительна по сравцзцио с дисперсией электронов.Предмет,изобретецияЛазерный цнтерферометр для диагностики330380 г и Сегавте, Е, ГромовТекред Л. Богдагова Редактор Т. Юрчикова Корректор Л, Царькова Заказ 452 Изд. ЛЪ 290 Траж -148 Подснов 11 ИИ 1 И Ком;тега ио делам зооретегткрыт оо: Совет; .з:етов СС РМоек а, ,К.85, Рггт:гекя яа 5 д. 4,5 Оолаетай таограг):я Коеромового ъ рав;ге.5 го печгт плазмы, содержащий лазер, пассивный резонатор, одно яз зеркал которого выполнено подвижным и соединено с пьезоэлементом для электромеханической стабилизации оптической длины резонатора, и сосуд для плазмы, установленный в резонаторе, от,гиюгогггийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он содержит лазер, геиерируюгций одновременно две длины волны, подвиж ое зеркало выполнено полупрозрачным для обеих длин воли, а за зеркалом вне резонатора расположен монохроматор с двумя выходны мп целями и двумя приемниками излучения,причем сигнал с одного приемника подаегся через усилитель иа пьезоэлемент, а сигнал с другого приемника подается иа осциллограф.