微波段高分辨迈克尔逊干涉测量系统的制作方法

本发明属于微波频谱测量技术领域，具体设计一种微波段高分辨迈克尔逊干涉测量系统。

背景技术：

超宽带微波频谱测量在空间微波辐射和聚变等离子体测量中有着重要的应用。在空间辐射测量方面，主要用于天体微波辐射和通讯，微波频率通常从几十GHz到几百GHz，在通讯领域，更高的微波频率意味着更高的通讯容量和安全性，为了能监测各个频段的微波频谱，需要对较宽的微波频谱进行测量。在聚变等离子体中，其微波辐射主要来自电子在磁场中作回旋运动产生的电子回旋辐射(ECE)，其频率范围从几十GHz到几百GHz的微波频段，电子回旋辐射强度携带了等离子体的许多重要参数，如：电子的温度、密度、能量、和速度分布等。例如在满足光学厚的条件下，等离子体电子回旋辐射的二次谐波辐射强度正比于电子温度；当存在超热电子时，辐射谱相较于热辐射谱出现明显的频谱下移，高次谐波谱分布与电子能量、螺距角和电子速度分布密切相关。因此通过宽频带微波辐射谱的测量，可以获得丰富的物理信息。

现有技术已发展了多种电子回旋辐射谱的测量方法，目前应用最广泛的是多道超外差微波辐射计，其空间精度和时间精度较高，但是系统需要多次变频、放大和滤波处理，系统复杂，成本较高，另外其测量的空间点是间断，不能观察到超宽带微波辐射频谱的连续变化。扫频微波辐射计可以测量到连续的电子回旋辐射频谱，这种辐射计系统简单，只需一个宽带扫频源和宽带混频器，但是工作范围受本振源的频带限制，测量高次波比较困难。

微波段迈克尔逊干涉仪是测量微波频谱的一种非常好的方法，在空间微波辐射测量、通讯、天体等离子体和聚变等离子体微波辐射测量有着重要的应用。微波段迈克尔逊干涉仪也是最早用于等离子体微波辐射即电子回旋辐射测量的方法之一，它的最大优点在于能测量到很宽的频谱，也是目前用于测量超宽带微波频谱的主要方法。例如在聚变等离子体应用中，在JET和DIII-D等装置上，能够测量到5次以上，频率达到500GHz的电子回旋辐射微波的谐波，在上世纪80年代，国内核西物院的HL-1装置上，也实现了4次以上的辐射谐波测量。限 制微波段迈克尔逊干涉仪发展的主要因素是其空间(频谱)分辨率。迈克尔逊干涉仪的时间和空间分辨由可动反射镜移动的距离和周期决定。增加往复距离可以提高空间分辨率，但这将大大降低时间分辨。受可动反射镜机械运动的限制，目前各装置上该系统的时间分辨只能做到十毫秒左右，往复距离大约为1-2cm。

技术实现要素：

本发明的目的为提供一种微波段高分辨迈克尔逊干涉测量系统，空间分辨率高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种微波段高分辨迈克尔逊干涉测量系统，包括微波分束光栅、固定反射镜、可动反射镜、可动反射镜运动系统、微波探测系统和第二固定反射镜；微波分束光栅与入射微波的入射光路成45度设置；微波分束光栅上方与入射光路垂直的方向设有固定反射镜；微波分束光栅下方与入射光路垂直的方向设有微波探测系统的微波接收天线；微波分束光栅右侧沿入射光路的方向设有可动反射镜；可动反射镜的下侧设有能带动可动反射镜沿入射微波的方向往复运动的可动反射镜运动系统；其特征在于：所述的可动反射镜为由多个反射镜连接而成的组合体，可动反射镜的左侧设有第二固定反射镜，第二固定反射镜与可动反射镜配合将入射光路经过多次反射后沿原光路返回回去。

所述的可动反射镜为由互成直角的两个反射镜组成的可动直角反射镜；入射光在可动直角反射镜上经过两次反射后到达第二固定反射镜，被第二固定反射镜反射后沿原光路返回。

所述的可动反射镜为相互连接的3块反射镜组成的可动折面反射镜；可动折面反射镜的相邻2块反射镜之间组成的夹角相同；入射光依次经过可动折面反射镜的第一个反射镜、第二固定反射镜、可动折面反射镜的第二个反射镜、第二固定反射镜、可动折面反射镜的第三个反射镜，并在可动折面反射镜的第三个反射镜上垂直反射回去，沿原光路返回。

所述的可动折面反射镜的相邻2块反射镜之间组成的夹角的范围为：大于135度，小于180度。

所述的可动折面反射镜的相邻2块反射镜之间组成的夹角为165度。

本发明的有益效果为：

本发明提供的微波段高分辨迈克尔逊干涉测量系统，通过设置可动反射镜和第二固定反射镜的组合，使可动反射镜在移动相同距离的条件下，增加了微波由可动反射系统引起的程差，提高迈克尔逊干涉系统的空间分辨率。

附图说明

图1为本发明的微波段高分辨迈克尔逊干涉测量系统第一种实施例的示意图；

图2为第二种实施例的反射镜示意图。

图中：1.入射微波、2.微波分束光栅、3.固定反射镜、4.可动直角反射镜、5.可动反射镜运动系统、6.微波接收天线、7.微波探测系统、8.第二固定反射镜、9.可动折面反射镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。

如图1所示，本发明的微波段高分辨迈克尔逊干涉测量系统包括微波分束光栅2、固定反射镜3、可动直角反射镜4、可动反射镜运动系统5、微波探测系统7和第二固定反射镜8。

微波分束光栅2与入射微波1的入射光路成45度设置。微波分束光栅2上方与入射光路垂直的方向设有固定反射镜3。微波分束光栅2下方与入射光路垂直的方向设有微波探测系统7的微波接收天线6。微波分束光栅2右侧沿入射光路的方向设有可动直角反射镜4。可动直角反射镜4的左侧设有能将入射光沿原光路反射回去的第二固定反射镜8。可动直角反射镜4的下侧设有能带动可动直角反射镜4沿入射微波1的方向往复运动的可动反射镜运动系统5。可动直角反射镜4由互成直角的两个反射镜组成。

入射微波1照射到呈45度设置的微波分束光栅2，微波分束光栅2将入射微波以透射和反射均分成两路信号；其中反射的一路微波信号在第一固定反射镜3反射，再透射过微波分束光栅2，进入微波接收天线6；其中透射的一路微波信号在可动直角反射镜4上经过两次反射后到达第二固定反射镜8，被第二固定反射镜8反射后沿原光路反射至微波分束光栅2。经过微波分束光栅2的反射，透射的 一路微波信号最终也进入微波接收天线6。两路经过不同路程的微波信号在微波接收天线6合路，并被微波探测系统7测量。

可动反射镜运动系统5带动可动直角反射镜4沿入射微波1的方向往复运动，两束微波程差发生变化，探测系统7测量因两束微波程差变化引起的干涉条纹。因为透射的一路微波信号在可动直角反射镜4上经过两次反射，增加了光程，所以提高了微波段高分辨迈克尔逊干涉测量系统的空间分辨率。

在如图2所示的实施例中，可动直角反射镜4替换为可动折面反射镜9。可动折面反射镜9由相互连接的3块反射镜组成，相邻2块反射镜之间组成的夹角均为α。α可取大于135度，小于180度的角度，优选165度。透射的一路微波信号依次经过可动折面反射镜9的第一个反射镜、第二固定反射镜8、可动折面反射镜9的第二个反射镜、第二固定反射镜8、可动折面反射镜9的第三个反射镜，并在可动折面反射镜9的第三个反射镜上垂直反射回去，沿原光路返回。