[发明专利]EAST托卡马克远红外激光偏振干涉仪中频值稳频方法

说明书

技术领域

EAST托卡马克远红外激光偏振干涉仪中频值稳频方法属于较大空间范围内聚变等离子体内部磁场与电子数密度测量技术领域，尤其涉及EAST托卡马克实验诊断的远红外激光偏振干涉仪中频值稳频控制技术领域。

背景技术

目前，基于激光干涉原理的法拉第偏振效应的远红外FIR激光偏振干涉仪测量法能实现较大空间范围内核聚变等离子体内部磁场和电子密度时空分布的测量，但是需要发生干涉的两束激光具有稳定的频差值，即稳定的中频频率值，否则，轻则影响测量精度，重则无法进行测量。由于当前的太赫兹远红外激光器及其光学原件存在某些技术上不够成熟的问题，因此，使两束激光之间的频差不可避免地存在不稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服当前存在的两束激光之间存在的频差不稳定问题，研制了稳频系统，并提出了相应的中频频率稳定性控制方法。

本发明的特征在于是在EAST托卡马克远红外激光偏振仪的中频稳频控制系统中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)构建一个所述的中频稳频控制系统，其中包括：依次首尾串接的电压跟随器、有源带通滤波器、信号放大器、整形器、单片机和D/A转换器，其中：

电压跟随器，采用第一个运算放大器芯片OPA603，负反馈运算放大器的输入端与远红外太赫兹激光干涉系统中的混频器的中频信号输出端相连，所述混频器型号为VDI WR1.5ICHR1，其输出为以0.1μs为时间单位的中频频率中心值f₀在850kHz±90kHz间的电信号U_i，也称中频信号U_i；

有源带通滤波器，采用运算放大器芯片OPA648，输入电阻R1的电压输入端与所述电压跟随器中所述负反馈运算放大器的频率为f₀＝850kHz±90kHz的电压信号U_i输出端相连；

信号放大器，采用第二个运算放大器芯片OPA603和运算放大器LT1222首尾依次连接而成，所述第二个运算放大器芯片OPA603的输入端与所述有源带通滤波器的以0.1μs为时间单位的中心频率f₀在850kHz±90kHz变化的电压信号U_j输出端相连；

整形器，采用芯片CD40106，其中所述芯片CD40106的输入端经过一个电阻与所述信号放大器中所述运算放大器LT1222的以0.1μs为时间单位的中频频率中心值f₀在850kHz±90kHz间的电信号U_m的输出端相连；

单片机，采用芯片STM32F103，其输入端PA12与所述整形器的所述CD40106的以0.1μs为时间单位的中频频率中心值f₀在850kHz±90kHz间变化的中频方波电信号U_n的输出端相连；

D/A转换器，采用芯片LTC1257，其第一输入端(1)与所述的单片机的输出端PC8相连，负责传送时钟；第二输入端(2)与所述单片机的输出端PC7相连，负责传送数据；第三输入端(3)与所述单片机的输出端PC6相连，负责传送控制信号；

步骤(2)所述单片机依次按以下步骤实现EAST托卡马克远红外激光偏振干涉仪中频的稳频控制：

步骤(2.1)周期数T_all初始化，在30分钟内分为56250个周期，每个周期设定的中频频率中心值f_set是相同的，均为850kHz；

步骤(2.2)单片机初始化：控制TQ2-3V信号继电器闭合，在t＝t₁＝1ms时设定：

采样次数i＝1，i的取值范围是1，2，…，32，设定中频频率中心值f_set为850kHz，简称中频频率中心值为中频频率值，获取一次中频频率值的计数时间为1ms，中频频率的一个控制周期内总计数次数I为32次，其控制周期为32ms；

D/A转换器输出电压分辨率为0.5mV，输出电压变化的时间间隔为小于20ms，并经过47μF的缓冲电容后施加到激光控制器上；

第一次中频频率偏差值Δf_pri＝0，所述偏差的积分值integrate＝0，

步骤(2.3)，所述整形器向所述单片机输入中频方波信号，使所述单片机中的高频计数器开始对所述中频方波信号计数，计数时间为1ms，再获取1ms内的计数值，用f_i表示，

步骤(2.4)判断i是否等于32，