CN108681062A - 一种hcn激光干涉仪高速中频调制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统，包括有高速电机和光栅，所述的光栅固定安装在高速电机的主轴上，将高速电机和光栅都放置于真空箱内，在真空箱上开有进光口、出光口、电源线安装口、进气口和抽气口，所述的进气口和抽气口均通过阀门密封，所述的抽气口还连接有真空泵，所述的进光口和出光口均通过密封水晶片密封，所述的高速电机的电线通过电源线安装口与电源和电机转速控制箱连接。本发明系统能为HCN激光干涉仪提供0‑500kHz内的任意调制频率，该系统可以为HCN激光干涉仪提供稳定可靠的中频调制，为HCN激光干涉仪测量高时间分辨率电子密度信息提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统。
背景技术
远红外激光干涉仪已经广泛的用于托卡马克装置上检测等离子密度，而在EAST，HT-7和J-TEXT装置上用的是HCN激光干涉仪。HCN激光干涉仪是一种外插式Mach-Zehnder干涉仪。当HCN激光器发出激光后经过分束片把激光分成两束，其中一束经过光栅调制和本底激光频率相比产生一个中频的差频，此为参考光。另一束为探测光在进入等离子体前又被分成了多束，其中多束光进入等离子体，但有一束不过等离子体。另外参考光也被分成了和探测束一样多的光束，分别和探测光的光束合束形成拍频信号。因此形成了多道探测道和一道参考道信号。通过比较参考道和探测道拍频信号的相位差，来测量等离子体电子密度。拍频信号的频率为光栅调制的中频的频率，因此光栅调制频率决定了干涉仪系统的时间分辨率。目前国内能达到的光栅调制频率一般在10kHz,国外可以达到100kHz。然而，10kHz的频率不足于研究和弹丸注入有关的密度的快速变化，和解决快速MHD行为（如撕裂摸/非经典撕裂摸、破裂等），因此需要研制更高调制频率的转动光栅。
现有技术中，国内期刊Y.X. Jie, X. Gao, Multi-channel Fir HCN LaserInterferometer on HT-7 Tokamak, International Journal of Infrared andMillimeter Wave, Vol. 21,No. 9, 2000. SHI Nan, GAO Xiang, Far-Infrared LaserDiagnostics in EAST, Plasma Science and Technology, Vol.13, No.3, Jun. 2011，和L. Gao, G. Zhuang, Recent Progress of The HCN Interferometer on J-TEXTTokamak, Review of Scientific Instruments 83, 10E303(2012)中分别介绍了HT-7，EAST和J-TEXT托卡马克上目前用的是10kHz的转动光栅，这种转动光栅转动速度慢调制频率较低只有10kHz，已经越来越不能满足更高的实验要求了。核聚变与等离子体物理Vol.14, No.2 June 1994中报道了西南物理研究院的邓中朝，周燕等人研制了速度可调的转动光栅，但只有两种转速可调制的频率分别为11.5kHz和23kHz。调制频率依然不高。根据期刊 A.Boboc, M. Gelfusa, Rencent Developments of the JET Far InfraredInterferometer-Polarimeter Diagnostic, EFDA-JET-CP(10)03/06中报道，国外目前JET托卡马克上使用的是时间分辨率为10us的100kHz的远红外干涉仪，调制频率依然不高。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统，包括有高速电机和光栅，所述的光栅固定安装在高速电机的主轴上，将高速电机和光栅都放置于真空箱内，在真空箱上开有进光口、出光口、电源线安装口、进气口和抽气口，所述的进气口和抽气口均通过阀门密封，所述的抽气口还连接有真空泵，所述的进光口和出光口均通过密封水晶片密封，所述的高速电机的电线通过电源线安装口与电源和电机转速控制箱连接，通过真空泵将真空箱内抽真空，通过电机转速控制箱控制高速电机转速，HCN激光通过进光口进入真空箱并照射在转动的光栅上，激光经过出光口被光栅反射出来，由于多普勒效应，反射光相对于入射光有一个频移，就是HCN激光干涉仪所需的中频信号。
在真空箱上还安装有真空计。
在真空箱上还设有密封观察口。
所述的高速电机固定安装在电机升降支架上。
在所述的真空箱上还分别开有进水口和出水口，在进水口和出水口上分别安装有阀门，所述的进水口和出水口均与高速电机的水冷系统连接。
所述的高速电机通过航空插头与电机转速控制箱连接。
所述HCN激光干涉仪高速中频调制系统为真空密闭系统，高速电机和转动光栅放在真空箱中，为了把高速电机固定在真空箱体中同时又可以调节高速电机的高度，在高速电机下面使用了可升降支架。光栅通过螺母固定在高速电机的主轴上，高速电机的旋转带动光栅的旋转进而光栅可以调制HCN激光，根据多普勒效应使反射光相比与入射光具有一定频差，高速电机可以通过控制箱来调节它的转速进而改变光栅调制的频率，该系统最大调制频差为500kHz，远高于上诉国内外的调制系统，通过调节高速电机的转速该系统可以调制出500kHz内的任意频率。当调制系统为500kHz时，高速电机转速很高光栅的线速度可以达到100m/s以上，因此为了减小外界空气对高速转动光栅的影响，把转动光栅和高速电机放在了真空箱体中。由于光栅在真空室内因此该箱体上开有两个通过口，并用可以透过HCN激光的水晶片密封。高速电机也在真空箱体内所以为了给高速电机供电和冷却在箱体上还有供电接口和水冷接口，同时真空箱还必须要有抽真空的接口，以保持真空箱的真空度。
所述的HCN激光干涉仪高速中频调制系统，其特征在于：所述高速中频调制系统可以灵活的改变调制频率最大可达500kHz。
所述的HCN激光干涉仪高速中频调制系统，其特征在于：所述高速电机和光栅在真空箱体中，可以使光栅平稳的达到很高的转速而不受外界的干扰。
本发明的优点是：本发明系统能为HCN激光干涉仪提供0-500kHz内的任意调制频率，实验人员可以根据实验需要调制出所需的中频信号，同时该系统的最高调制频率可达500kHz远高于国内外的光栅调制系统，因此该系统可以为HCN激光干涉仪提供稳定可靠的中频调制，为HCN激光干涉仪测量高时间分辨率电子密度信息提供保障。
附图说明
图1为本发明系统结构图。
图2为本发明正视图。
图3为本发明左视图。
图4为本发明右视图。
图5 HCN外插式Mach-Zehnder干涉仪组成图。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5所示，一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统，包括有高速电机1和光栅2，所述的光栅2固定安装在高速电机1的主轴上，将高速电机1和光栅2都放置于真空箱3内，在真空箱3上开有进光口4、出光口5、电源线安装口6、进气口7和抽气口8，所述的进气口7和抽气口8均通过阀门密封，所述的抽气口8还连接有真空泵，所述的进光口4和出光口5均通过密封水晶片密封，所述的高速电机1的电线通过电源线安装口6与电源和电机转速控制箱连接，通过真空泵将真空箱3内抽真空，通过电机转速控制箱控制高速电机1转速，HCN激光通过进光口4进入真空箱3并照射在转动的光栅2上，激光经过出光口5被光栅2反射出来，由于多普勒效应，反射光相对于入射光有一个频移，就是HCN激光干涉仪所需的中频信号。
在真空箱3上还安装有真空计9。
在真空箱3上还设有密封观察口10。
所述的高速电机1固定安装在电机升降支架11上。
在所述的真空箱3上还分别开有进水口12和出水口13，在进水口12和出水口13上分别安装有阀门，所述的进水口12和出水口13均与高速电机1的水冷系统连接。
所述的高速电机1通过航空插头与电机转速控制箱连接。
当该系统工作时，首先检查各个部件是否连接好，气管水管是否通畅，检查完毕确认没有问题后就可以正常开机。关闭箱体门，关闭进气口7阀门，打开抽气口8阀门，开启真空泵对真空箱体1抽真空，真空示数可以通过真空计9读出，当真空箱3内真空度在1pa以内时，打开水冷进水口12阀门和水冷出水口13阀门并开启高速电机1水冷系统为高速电机提供冷却水。然后通过控制箱上的电源按钮为高速电机1通电，通电完毕后就可以通过调速旋钮使高速电机转速缓慢增加，增加到需要调制频率所对应的转速，这样光栅就被高速电机带动旋转起来。高速电机的转速可以实时通过控制箱体上的触摸屏显示出来。HCN激光通过进光口4进入真空箱3并照射在转动的光栅2上，激光经过出射口被光栅反射出来，激光照射在刻槽旋转的光栅上由于多普勒效应，反射光相对于入射光有一个频移，这个频移也就是HCN激光干涉仪所需的中频信号。由于高速电机1和光栅2放在真空箱3中，减轻外界空气对光栅2的影响，因此该光栅系统可以平稳的达到较高的速度调制较高的频率，该系统调制频率最高可达500kHz，远高于现有转动光栅调制的频率。当实验结束后可以点击停止按钮，高速电机就会缓缓的降低转速直至到0，然后关闭真空泵，关闭抽气口阀门，缓缓打开进气口阀门使真空箱中的气压缓慢升高到大气压，同时可以关闭高速电机冷却系统和进水阀门和出水阀门，当真空箱体内的气压达到大气压时就可以开启真空箱门。高速转动电机升降支架用来调整光栅的高度，使光可以和光栅更好的配合。通过航空插头和控制箱相连，航空插头的一端被密封在箱体上。观察窗口，当该调制系统与HCN激光干涉仪配合对光时，可以通过该窗口观察氦氖激器光斑所在的位置，便于对光。
Claims (6)
1.一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统，其特征在于：包括有高速电机和光栅，所述的光栅固定安装在高速电机的主轴上，将高速电机和光栅都放置于真空箱内，在真空箱上开有进光口、出光口、电源线安装口、进气口和抽气口，所述的进气口和抽气口均通过阀门密封，所述的抽气口还连接有真空泵，所述的进光口和出光口均通过密封水晶片密封，所述的高速电机的电线通过电源线安装口与电源和电机转速控制箱连接，通过真空泵将真空箱内抽真空，通过电机转速控制箱控制高速电机转速，HCN激光通过进光口进入真空箱并照射在转动的光栅上，激光经过出光口被光栅反射出来，由于多普勒效应，反射光相对于入射光有一个频移，就是HCN激光干涉仪所需的中频信号。
2.根据权利要求1所述的一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统，其特征在于：在真空箱上还安装有真空计。
3.根据权利要求1所述的一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统，其特征在于：在真空箱上还设有密封观察口。
4.根据权利要求1所述的一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统，其特征在于：所述的高速电机固定安装在电机升降支架上。
5.根据权利要求1所述的一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统，其特征在于：在所述的真空箱上还分别开有进水口和出水口，在进水口和出水口上分别安装有阀门，所述的进水口和出水口均与高速电机的水冷系统连接。
6.根据权利要求1所述的一种HCN激光干涉仪高速中频调制系统，其特征在于：所述的高速电机通过航空插头与电机转速控制箱连接。
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