[实用新型]一种实时波长匹配单色仪与波长监控系统

说明书

本实用新型公开了一种实时波长匹配单色仪与波长监控系统，窄带干涉滤光片设在高速旋转台上，光平行透镜和非球面成像透镜分别设置在窄带干涉滤光片的两侧，光平行透镜的外侧设置有入射端光纤，非球面成像透镜的外侧设置有雪崩二极管探测器，入射端光纤与光谱仪连接，雪崩二极管探测器与信号采集与存储系统连接，旋转台与旋转台控制器连接，中性束能量信号通过一个隔离放大器连接到旋转台控制器，远程控制平台与光谱仪和旋转台控制器连接。其优点是：可靠性好，稳定性高；不仅可以满足不同轮次实验中性束能量变化的波长匹配，而且在同一轮实验中可以使用中性束能量信号对滤光片中心波长进行实时匹配。

技术领域

本发明属于光谱测量领域，具体涉及一种解决随机多普勒频移的实时波长匹配单色仪与波长监控系统，主要应用于中性束发射的可见光谱诊断。

背景技术

直线在受控核聚变实验研究中，用于约束等离子体的磁约束装置主要是托卡马克装置。基于中性束(NBI)对等离子体进行诊断系统之一的动态斯塔克偏振仪可以用于测量等离子体内部磁场结构，该参数对等离子体物理研究意义重大。其中，动态斯塔克偏振仪有一个滤光系统，对目标谱线进行滤光。国际上普遍采用滤光片为核心的单色仪系统。

该目标谱线特点是具有多普勒频移、谱线非常窄且附近有很多其他谱线的干扰。这要求滤光片中心波长与目标谱线波长匹配精度相比一般的单色仪要高出很多。由于多普勒效应，中性束能量变化导致目标谱线波长也会随之改变，此时滤光片中心波长也必须随之变化，才能保证滤光片中心波长与目标谱线波长匹配。

国际有两种通用方法。方法1：采用多块不同中心波长的滤光片，当中性束能量变化导致目标谱线移动时，选择中心波长与目标谱线波长一致的滤光片安装进行滤光。方法2：根据滤光片的中心波长会随温度变化而移动的特性，通过改变温度来达到滤光片中心波长与目标谱线匹配的目的。

方法1采用机械更换滤光片，这种方法只能解决不同轮次实验中性束能变化的问题，而不能解决一轮实验期间中性束能量变化的问题，否者就破坏了一轮实验的连续性。与此同时，窄带滤光片价格昂贵，制造多块滤光片会提高系统造价【文献1】。

其次，由于常规磁约束装置实验过程只持续2～10秒左右，温度控制滤光片中心波长的弛豫时间比较长，大约在分钟量级。因此这种方法仅能解决不同轮次实验中性束能变化的问题，不能解决一轮实验期间中性束能量变化问题，也就不能做到实时波长匹配【文献2】。

文献1[The MAST motional Stark effect diagnostic,Rev.Sci.Instrum.81,10D738(2010)]是英国著名卡拉姆聚变能研究中心MAST聚变装置上的动态斯塔克偏振仪。其滤光系统是采用更换滤光片的方法。MAST聚变装置只针对不同轮实验中性束能量变化，同时文章也指出，昂贵的滤光片限制了多通道系统的发展。

文献2[A motional Stark effect instrument to measure q(R)on the C-modtokamak,Rev.Sci.Instrum.72,1012(2001)]是美国麻省理工学院C-MOD聚变装置上的动态斯塔克偏振仪。其滤光系统是采用温度控制滤光片中心波长的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时波长匹配单色仪与波长监控系统，可以解决目标谱线存在随机多普勒频移情况下，实现窄带滤光片中心波长与目标谱线波长的实时匹配，同时，实时监控系统可以监测匹配情况。