一种基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置的制作方法

本发明涉及等离子体辅助加热，具体涉及一种基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置。

背景技术：

1、电子回旋共振加热是托卡马克重要的辅助加热系统之一，其主要由波源——回旋管、传输线、天线及其他辅助系统组成。回旋管输出的微波主要为高斯基模，并含有一定量杂散模式，波源输出的微波将通过微波传输线传输到天线，微波功率mw级，传输线长度可达上百米，长距离高功率传输对输入传输线的微波提出了非常高的要求，输入传输线的微波参数与传输线参数匹配度低、杂散模式含量高都将引起微波打火，从而威胁波源安全。电子回旋系统微波传输线要求输入微波为高纯度高斯基模，并具有与传输线参数相匹配的特定微波束腰大小，而波源输出的微波束腰尺寸需要进行调整才能与传输线形成良好的匹配。

技术实现思路

1、为了使波源输出的微波高效耦合到后续微波传输线中，本发明提供了一种基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其为高真空器件，真空度优于10＾-3pa，经过微波模式矫正装置传输的微波被相位矫正与聚焦，从而获得高纯度高斯基模微波及所需要的微波束腰半径，同时将微波杂散模式功率吸收，通过调节结构调节相位矫正镜的角度，使微波模式矫正装置输出的微波功率中心与微波传输线中心重合。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，包括：基础腔体组件、微波输入输出组件、微波矫正组件、微波打火观察组件、位置调节组件、微波探测组件以及微波滤波组件；

4、所述基础腔体组件，用于提供密封真空的基础腔体结构，其为微波提供传输环境以及为微波输入输出组件、微波矫正组件、微波打火观察组件、位置调节组件、微波探测组件以及微波滤波组件提供直接或间接的安装结构；

5、所述微波输入输出组件，用于提供微波输入以及微波输出功能；

6、所述微波矫正组件，用于将微波输入输出组件输入的微波进行相位矫正，并将相位矫正后的微波通过微波输入输出组件输出；

7、所述微波打火观察组件，用于观测经微波输入输出组件以及微波矫正组件处的微波打火情况；

8、所述位置调节组件，用于调节基础腔体组件的水位位置以及高度；

9、所述微波探测组件，用于探测在基础腔体组件内部传输的微波；

10、所述微波滤波组件，用于通过吸收杂散微波模式对基础腔体组件内部传输的微波进行滤波。

11、在一种可能的实施方式中，所述基础腔体组件包括真空腔体以及真空抽气波导；

12、所述真空腔体设置为圆柱体状腔体，所述真空抽气波导设置于真空腔体的一端，所述真空腔体为微波提供传输环境以及为微波输入输出组件、微波矫正组件、微波打火观察组件、位置调节组件、微波探测组件以及微波滤波组件提供直接或间接的安装结构。

13、在一种可能的实施方式中，所述微波输入输出组件包括微波输入波导以及微波输出波导；

14、所述微波输入波导以及微波输出波导均设置于真空腔体上，且通过所述微波输入波导输入的微波经微波矫正组件在真空腔体内部传输后，由所述微波输出波导输出。

15、在一种可能的实施方式中，所述微波输入波导以及微波输出波导均为微波圆波导。

16、在一种可能的实施方式中，所述微波矫正组件包括第一相位矫正镜、第二相位矫正镜、第一镜面支撑调节结构以及第二镜面支撑调节结构；

17、所述第一镜面支撑调节结构以及第二镜面支撑调节结构均设置于真空腔体上，且所述第一镜面支撑调节结构的受控端以及第二镜面支撑调节结构的受控端均设置于真空腔体外部，所述第一镜面支撑调节结构的执行端以及第二镜面支撑调节结构的执行端均设置于真空腔体内部，所述第一相位矫正镜设置于第一镜面支撑调节结构的执行端上，所述第二相位矫正镜设置于第二镜面支撑调节结构的执行端上；

18、当所述第一镜面支撑调节结构的执行端被第一镜面支撑调节结构的受控端调节时，所述第一相位矫正镜跟随调节；当所述第二镜面支撑调节结构的执行端被第二镜面支撑调节结构的受控端调节时，所述第二相位矫正镜跟随调节；

19、当微波从微波输入波导进入真空腔体之后，依次通过第一相位矫正镜以及第二相位矫正镜到达第二相位矫正镜，并输出。

20、在一种可能的实施方式中，所述微波打火观察组件包括第一微波打火观察窗、第二微波打火观察窗、第三微波打火观察窗以及第四微波打火观察窗；

21、所述第一微波打火观察窗、第二微波打火观察窗、第三微波打火观察窗以及第四微波打火观察窗均设置于真空腔体上，两个微波打火观察窗的可视方向对准微波输入波导，剩余两个微波打火观察窗分别对准第一相位矫正镜以及第二相位矫正镜。

22、在一种可能的实施方式中，所述位置调节组件包括支撑以及多个高度调节装置；

23、所述真空腔体设置于支撑上，所述多个高度调节装置设置于支撑上，每个高度调节装置内部装有螺丝，通过旋转螺丝调节其所处方位的真空腔体高度，匹配调节四个螺丝实现调节真空腔体的水平位置与高度。

24、在一种可能的实施方式中，所述微波滤波组件包括具有杂散微波模式的吸收结构，所述吸收结构设置于真空腔体内部，以实现对真空腔体内部微波的杂散微波的吸收。

25、在一种可能的实施方式中，所述吸收结构由石墨圆柱阵列组成，每个圆柱体内部通有冷却水，所述冷却水用于带走微波热效应在石墨阵列上产生的热量。

26、在一种可能的实施方式中，所述微波探测组件包括设置于第一相位矫正镜的微波探测孔，所述微波探测孔连通至真空腔体外部，且微波探测孔在腔体外部的终端利用透光窗口密封，以实现真空密封及微波探测。

27、本发明提供的一种基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，基于准光学传输原理，解决了提高微波模式纯度与聚焦的问题，经过微波模式矫正装置传输后，提高了高斯基模模式纯度，获得了所需要的束腰半径，同时吸收杂散微波模式，使从微波模式矫正装置输出的微波高效耦合到后续的传输系统中，其功率容量达到mw级。

技术特征：

1.一种基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，包括：基础腔体组件、微波输入输出组件、微波矫正组件、微波打火观察组件、位置调节组件、微波探测组件以及微波滤波组件；

2.根据权利要求1所述的基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，所述基础腔体组件包括真空腔体以及真空抽气波导；

3.根据权利要求2所述的基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，所述微波输入输出组件包括微波输入波导以及微波输出波导；

4.根据权利要求3所述的基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，所述微波输入波导以及微波输出波导均为微波圆波导。

5.根据权利要求4所述的基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，所述微波矫正组件包括第一相位矫正镜、第二相位矫正镜、第一镜面支撑调节结构以及第二镜面支撑调节结构；

6.根据权利要求5所述的基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，所述微波打火观察组件包括第一微波打火观察窗、第二微波打火观察窗、第三微波打火观察窗以及第四微波打火观察窗；

7.根据权利要求2所述的基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，所述位置调节组件包括支撑以及多个高度调节装置；

8.根据权利要求2所述的基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，所述微波滤波组件包括具有杂散微波模式的吸收结构，所述吸收结构设置于真空腔体内部，以实现对真空腔体内部微波的杂散微波的吸收。

9.根据权利要求8所述的基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，所述吸收结构由石墨圆柱阵列组成，每个圆柱体内部通有冷却水，所述冷却水用于带走微波热效应在石墨阵列上产生的热量。

10.根据权利要求5所述的基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，其特征在于，所述微波探测组件包括设置于第一相位矫正镜的微波探测孔，所述微波探测孔连通至真空腔体外部，且微波探测孔在腔体外部的终端利用透光窗口密封，以实现真空密封及微波探测。

技术总结
本发明公开了一种基于准光传输的兆瓦级长脉冲微波模式矫正装置，涉及等离子体辅助加热技术领域，基于准光学传输原理，解决了提高微波模式纯度与聚焦的问题，经过微波模式矫正装置传输后，提高了高斯基模模式纯度，获得了所需要的束腰半径，同时吸收杂散微波模式，使从微波模式矫正装置输出的微波高效耦合到后续的传输系统中，其功率容量达到MW级。

技术研发人员：王贺,黄梅,陈罡宇,范国垚
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：2024/8/20