Способ определения распределения плотности газа

(59 С 01 й 21 21 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ СВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Научно-исследовательский институт физики конденсированных средЕреванского государственного университета(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ГАЗА, включающий пропускание через исследуемую среду двух пучков электромагнитного излучения при частотах, близких к частотам атомных переходов в исследуемой среде, отличающий с я тем, что, с целью определения распределе" ния локальной плотности газа малых концентраций, формируют лучок возбуждающего электромагнитного излучения с циркулярной поляризацией, под углом к нему формируют пучок плоскополяризованного зондирующего электромагнитного излучения, осуществляют пространственное перекрытие возбуждающего и зондирующего излучения, причем при переходе от одной точки к другой сохраняют постоянным угол между пуч- щР ками возбуждакщего и зондирующего излучений.Изобретение относится к областидиагностики плазмы, в частности,определения распределения плотностиостаточного газа в плазме, оно можетбыть также использовано для определе-,ния плотности компоненты газа в газовой смеси.Существует целый ряд лазерных способов для диагностики плотности атомов в плазме 1) .Это способы, основанные на исследовании рефракции плазмы - теневыеспособы, обычная и голографическаяинтерферометрия, а также спектроскопические способы - абсорбционнаяспектроскопия, способ резонансной флуоресценции.При абсорбционных исследованиях информация о параметрах плазмы получается по измерению поглощения зондирующего сигнала, просвечивающегоплазму.При этом необходимо отделить излучение просвечивающего источникаот собственного свечения плазмы, что приводит к ухудшению точности измерений из-за уменьшения отношения сигнал/шум. Недостатком этого способа является также то, что полУченная информация является интегральной по направлению распространения сигнала. Переход к локальным характе ристикам осуществляется путем достаточно громоздких вычислений, причем точность полученных локальныхзначений оказывается ниже точности,с которой измеряются исходные экспериментальные данные.Наиболее близким техническим решением можно считать способ определения распределения плотности газа,включающий пропускание через иссле дуемую среду двух пучков электромагнитного излучения при частотах волн, близких к частотам атомных переходовв исследуемой среде 2 .Недостатком данного способа явля ется то, что определяется не локальное распределение плотности газа малых концентраций, а интегральная (по направлению распространения пучков) плотность атомов.50Целью изобретения является определение распределения локальной плотности газа малых концентраций.Это достигается тем, что формируют пучок возбуждающего электромагнитного излучения с циркулярной поляризацией, под углом к нему формируют пучок плоскополяризованного зондирующего электромагнитного излучения, осуществляют пространственное перекрытие возбуждающего и зон дирующего пучков в выбранной точке среды, измеряют угол поворота плоскости поляризации выходящего зондирующего излучения, причем при переходе от одной точки к другой, сохраняют постоянным угол между пучками возбуждающего и зондирующего излучений.Схема установки, на которой можно проводить измерения по определению распределения локальной плотности газа (в плазме или в смеси газов) предлагаемым способом, приведена. на чертеже, где: лазер на красителе -1; поляризатор - 2; полупрозрачное зеркало - 3; исследуемая среда - 4; четверть-волновая пластинка - 5; зеркало - б; анализатор - 7; фотоприемники - 8 и 9, двухлучевой запоминающий осциллограф - 10.Излучение лазера на красителе 1 линейно поляризуется поляризатором 2; часть излучения 1 зондирующий пучок), проходя через полупрозрачное зеркало 3, направляется в исследуемую среду 4 (плазму или смесь газов). Другая часть излучения 3 /4 возбуждающий пучок), отраженная от полупрозрачного зеркала 3, проходит через пластинку (5), приобретает циркулярную поляризацию и тоже направляется в среду 4, предвари-. тельно отражаясь от 100 зеркала б. В области пространственного перекрытия зондирующего и возбуждающего пучков происходит поворот плоскости поляризации зондирующего пучка, в результате чего появляется перпендикулярная (к исходной) компонента поляризации. Для регистрации перпендикулярной компоненты поляризации зондирующее излучение, выходя из среды, пропускается через анализатор 7, скрещенный с поляризатором 2, и попадает в фотоприемник 8. Интенсивность излучения лазера контролируется фотоприемником 9. Сигналы от фотоприемников 8 и 9 наблюдаются на двухлучевом запоьынающем осциллографе 10.Для определения распределения плотности газа в среде необходимо менять область пространственного перекрытия возбуждающего и зондирующего пучков, что достигается механическим синхронным передвижением отражающего зеркала б и фотоприемника 9. Таким образом, предлагаемый способ по сравнению со способом резонансной интерферометрии, во-первых,обладает большой чувствительностью,что позволяет определять плотностьатомовс нижней границей порядка10 см ; во-вторых, непосредственноиз эксперимента определяется не интегральная, а локальная плотностьатомов. Предлагаемьш способ такжевыгодно отличается своей простотой,в частности, не требуется строгойвзаимной когерентности взаимодействующих волн,4 849855 Составитель В. КотеневРедактор Е. Зубиетова Техред.М.Костик Корректор А. Дзятко Заказ 10 б 99/6 Тираж 873 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауйская иаб д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Предлагаемым способом можно определять локальную плотность достаточно удаленных объектов. Одним иэ преимуществ предлагаемого способа является простота иэмерения распределения .плотности газав пространстве, достаточно синхронно передвинуть отражающее зеркалои один иэ фотоприемников, йе меняяположения задающих и регистрирующих 5 приборов.