KTX上太赫兹固态源干涉仪的设计与测试

摘要

对于高温聚变等离子体来说，其密度诊断有着极其重要的意义。在受控热核聚变反应中，整个反应堆的维护和运行都离不开等离子体电子密度的测量。另外，测量电子密度对于观测与研究各种等离子体的扰动现象都有着重要的意义。KTX（Keda Torus eXperiment，科大一环）作为一个新建的反场箍缩装置，需要搭建一个适合的密度诊断装置。测量等离子体密度的诊断方法有很多种，其中干涉仪以其简单的原理，较高的时间分辨率和不干扰等离子体的特性，成为密度诊断最经典的方法。
　　传统的远红外气体激光器被广泛用于各个聚变装置中等离子体密度的测量，然而远红外气体激光器作为干涉仪的光源有着种种限制，其高能耗，昂贵的价格，庞大的体积导致远红外气体激光器的应用意味着高昂的成本，同时在应用中有着很多不便之处。根据气体激光器的原理，谐振腔对于温度十分敏感，所以气体激光器都需要水冷散热，而且需要严格恒温的洁净室，运行时更是需要人员值班，也需要定期维护。这些问题都为干涉仪的运行增加了人力成本，而太赫兹固态源所处的频段可以替代远红外气体激光器，同时价格更加合适，体积较小，更是降低了对环境的敏感度，这些优点都显示着将太赫兹固态源应用于干涉仪诊断系统是一项十分有意义，并且有前景的尝试。太赫兹固态源的功率较小，但是随着二极管的检测灵敏度的提升，混频器的工艺越来越完善使得太赫兹固态源应用于干涉仪诊断系统成为可能。
　　本文介绍了KTX装置上干涉仪诊断系统的设计过程和部分台面实验。包括台面实验的光路设计、部分光学元件的台面测试方案、整个干涉仪系统的性能测试和在KTX装置上的干涉仪光路设计方法等。根据高斯光束在空气中的传播，可知随着距离的增大，光斑的大小逐渐变大，在光路设计过程中，需要考虑光斑的大小，以此来计算光学元件的最佳尺寸。对于整个干涉仪系统而言，光路中光学元件的测试十分重要，因此需要安排一系列的台面测试实验来检测光学元件的特性和整个系统的性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 高温聚变等离子体的重要意义

1．2 KTX装置介绍

1．2．1 反场箍缩位型核聚变装置的特点

1．2．2 KTX主要参数

第二章 干涉仪原理

2．1 电磁波在等离子体中的传播

2．2 干涉仪原理

2．2．1 干涉仪的种类

2．2．2 干涉相位差的测量

2．3 几种测量等离子体电子密度的方法

2．4 干涉仪辐射源频率的选择

2．5 常见的干涉仪诊断系统中的光源

2．6 总结

第三章 太赫兹固态源的特性

3．1 太赫兹技术的发展

3．1．1 太赫兹波的特点

3．1．2 太赫兹波的应用情况

3．1．3 太赫兹波在等离子体中的传播特性

3．1．4 太赫兹辐射源的种类

3．1．5 小结

3．2 太赫兹固态源的原理及结构

3．2．1 太赫兹点频源的原理及结构

3．2．2 太赫兹扫频源的原理及结构

3．3 太赫兹固态源的功率输出特性

3．4 总结

第四章 KTX上干涉仪的设计

4．1 KTX上干涉仪概念设计

4．2 KTX干涉仪光路设计

4．2．1 高斯光束在自由空间的传输

4．2．2 干涉仪台面实验的光路图安排和光斑大小的计算

4．2．3 KTX干涉仪的光路设计

第五章 KTX上干涉仪的台面测试

5．1 光学元件的台面测试安排

5．1．1 洁净室与光学平台

5．1．2 束腰测量

5．1．2 栅网测试实验安排

5．1．3 功率测量及稳定性

5．2 KTX干涉仪的系统性能测试

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果