一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置的制作方法

本发明涉及核聚变，具体涉及一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置。

背景技术：

1、受控核聚变是人类探寻解决终极能源危机的方法之一。在核聚变的研究中，离子温度和旋转速度是两个非常重要的参数。离子温度可以用于表征聚变实验装置的参数水平，同时离子温度和旋转速度也对于核聚变的物理机制研究非常重要。

2、离子温度和旋转速度的测量原理是，外加的高能量中性原子与聚变实验装置中的离子发生反应辐射出特定波长的谱线，由光谱仪测量该谱线的展宽和频移便可以得到离子温度和旋转速度。等离子体的离子温度越高，谱线的多普勒展宽越宽；旋转速度越大，谱线的多普勒频移越大。在实际的测量中，系统并非只测量到表征离子温度和旋转速度的目标谱线，而是会同步测量到一些干扰谱线。在数据处理时通常是将干扰谱线和目标谱线用拟合的方法提取出来，得到它们各自的光强、波长以及展宽信息。但是由于这些干扰谱线与目标谱线的位置接近，所以会对后期数据处理过程中提取目标谱线的参数造成非常大的困难。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述技术问题，目的在于提供一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，它利用高刻痕数光栅配合三棱镜的方法对光信号进行二次分光，大大地提升了系统的光谱分辨能力，同时配合长焦距会聚透镜，进一步提高系统的光谱分辨能力，最后再利用狭缝限制系统的仪器展宽，可以更好地提取目标谱线和干扰谱线的展宽、中心波长及强度的信息，并利用这些信息作为约束条件，采用直接简单的谱线拟合方法求得离子温度和旋转速度。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，包括：机械固定结构、入射光纤束、可调节狭缝、准直透镜组、高刻痕数光栅、三棱镜、长焦距会聚透镜组、光电转换器件和数据采集分析系统；

4、所述入射光纤束安装在所述可调节狭缝的前端，所述准直透镜组的入射端安装在所述可调节狭缝的后端，所述准直透镜组的出射端与所述机械固定结构固定连接；

5、所述高刻痕数光栅安装在所述机械固定结构内部，且位于所述准直透镜组的光轴上，所述长焦距会聚透镜组的一端与所述机械固定结构固定连接，所述光电转换器件连接在所述长焦距会聚透镜组的另一端，所述光电转换器件的数据输出端与所述数据采集分析系统电连接。

6、具体地，所述入射光纤束包括多根光纤，且多根光纤按竖直方向排成一列，多根所述光纤分别接收聚变装置中不同位置的光信号。

7、具体地，所述入射光纤束与所述可调节狭缝密接，且所述可调节狭缝位于所述准直透镜组的焦平面上。

8、可选地，所述机械固定结构为内部设置有空腔的箱体，所述准直透镜组和所述长焦距会聚透镜组均与所述机械固定结构的壳体固定连接，且所述准直透镜组和所述长焦距会聚透镜组的光路均延伸至所述机械固定结构内部。

9、可选地，所述高刻痕数光栅设置在所述机械固定结构的空腔内，且所述高刻痕数光栅位于所述准直透镜组和所述长焦距会聚透镜组的光轴交汇处。

10、具体地，所述准直透镜组的光轴与所述长焦距会聚透镜组的光轴之间的夹角为锐角。

11、进一步，所述高分辨率测量装置还包括三棱镜，所述三棱镜安装在所述机械固定结构内部，且位于所述高刻痕数光栅与所述长焦距会聚透镜组之间的光路上。

12、优选地，所述高分辨率测量装置还包括第一旋转结构和第二旋转机构，所述第一旋转结构设置在所述机械固定结构的空腔内，且与所述机械固定结构可转动连接，所述高刻痕数光栅与所述第一旋转结构固定连接；

13、所述第二旋转结构设置在所述机械固定结构的空腔内，且与所述机械固定结构可转动连接，所述三棱镜与所述第二旋转结构固定连接。

14、具体地，所述高刻痕数光栅的转动轴与所述准直透镜组的光轴垂直，且所述高刻痕数光栅的转动轴与所述长焦距会聚透镜组件的光轴垂直，所述三棱镜的转动轴与所述高刻痕数光栅的转动轴平行。

15、具体地，通过所述第一旋转结构调节所述高刻痕数光栅与所述准直透镜组和所述高刻痕数光栅的角度，所述第二旋转结构调节所述三棱镜与所述高刻痕数光栅的角度，使目标谱线进入至所述长焦距会聚透镜组。

16、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

17、本发明通过设置可调节狭缝限制系统的仪器展宽，同时利用高刻痕数光栅、三棱镜以及长焦距会聚透镜组提高系统的倒线色散率，使系统获得高的谱分辨能力，从而得到更准确的光强、波长位置和谱线展宽，减小数据分析的误差。

技术特征：

1.一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，包括：机械固定结构(6)、入射光纤束(1)、可调节狭缝(2)、准直透镜组(3)、高刻痕数光栅(4)、三棱镜(8)、长焦距会聚透镜组(9)、光电转换器件(10)和数据采集分析系统(11)；

2.根据权利要求1所述的一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，所述入射光纤束(1)包括多根光纤，且多根光纤按竖直方向排成一列，多根所述光纤分别接收聚变装置中不同位置的光信号。

3.根据权利要求1所述的一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，所述入射光纤束(1)与所述可调节狭缝(2)密接，且所述可调节狭缝(2)位于所述准直透镜组(3)的焦平面上。

4.根据权利要求1所述的一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，所述机械固定结构(6)为内部设置有空腔的箱体，所述准直透镜组(3)和所述长焦距会聚透镜组(9)均与所述机械固定结构(6)的壳体固定连接，且所述准直透镜组(3)和所述长焦距会聚透镜组(9)的光路均延伸至所述机械固定结构(6)内部。

5.根据权利要求4所述的一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，所述高刻痕数光栅(4)设置在所述机械固定结构(6)的空腔内，且所述高刻痕数光栅(4)位于所述准直透镜组(3)和所述长焦距会聚透镜组(9)的光轴交汇处。

6.根据权利要求5所述的一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，所述准直透镜组(3)的光轴与所述长焦距会聚透镜组(9)的光轴之间的夹角为锐角。

7.根据权利要求4所述的一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，还包括第一旋转结构(5)和第二旋转机构(7)，所述第一旋转结构(5)设置在所述机械固定结构(6)的空腔内，且与所述机械固定结构(6)可转动连接，所述高刻痕数光栅(4)与所述第一旋转结构(5)固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，还包括第二旋转机构(7)，所述第二旋转结构(7)设置在所述机械固定结构(6)的空腔内，且与所述机械固定结构(6)可转动连接，所述三棱镜(8)与所述第二旋转结构(7)固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，所述高刻痕数光栅(4)的转动轴与所述准直透镜组(3)的光轴垂直，且所述高刻痕数光栅(4)的转动轴与所述长焦距会聚透镜组(9)件的光轴垂直；

10.根据权利要求8所述的一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，其特征在于，通过所述第一旋转结构(5)调节所述高刻痕数光栅(4)与所述准直透镜组(3)和所述高刻痕数光栅(4)的角度，所述第二旋转结构(7)调节所述三棱镜(8)与所述高刻痕数光栅(4)的角度，使目标谱线进入至所述长焦距会聚透镜组(9)。

技术总结
本发明涉及核聚变技术领域，具体涉及一种测量离子温度和旋转速度的高分辨测量装置，包括：入射光纤束安装在可调节狭缝的前端，准直透镜组的入射端安装在可调节狭缝的后端，高刻痕数光栅和三棱镜安装在机械固定结构内部，高刻痕数光栅位于准直透镜组的光轴上，三棱镜位于高刻痕光栅和长焦距会聚透镜组之间，光电转换器件连接在长焦距会聚透镜组的另一端，光电转换器件的数据输出端与数据采集分析系统电连接；本发明通过设置可调节狭缝限制系统的仪器展宽，同时利用高刻痕数光栅、三棱镜以及长焦距会聚透镜组提高系统的倒线色散率，使系统获得高的谱分辨能力，从而得到更准确的光强、波长位置和谱线展宽，减小数据分析的误差。

技术研发人员：何小雪,陈文锦,魏彦玲,刘亮,王诗琴,余德良
受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22