Лазерная интерферометрия в диагностике импульсной плазмы

• Автор: Кузнецов, Андрей Петрович
• Шифр специальности: 01.04.21, 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 278 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ В ДИАГНОСТИКЕ
ПЛАЗМЫ
1.1 Оптические свойства плазмы
1.2. Классификация интерферометров, применяемых в диагностике плазмы
1.2.1. Двулучевые интерферометры
1.2.2. Многолучевые интерферометры
1.3. Методы регистрации фазовых сдвигов при интерферометрических измерениях
1.3.1. Визуализация интерференционного поля
1.3.2. Сдвиговая интерферометрия
1.3.3. Фотоэлектрическое смешение
1.4. Интерферометрия с гетеродинным переносом спектра сигнала на промежуточную частоту
1.5. Интерферометрия с дифференциальной фоторегистрацией
1.6. Интерферометрия с квадратурной фоторегистрацией
1.7. Интерферометрия с квадратурно - дифференциальной фоторегистрацией
1.8. Активная лазерная интерферометрия
1.8.1. Внутрирезонаторная интерферометрия
1.8.2. Интерферометрия на основе внутрилазерного приема
отраженного излучения
1.9. Интерферометры с компенсацией вибропомех в плазменном эксперименте
1.9.1. Дисперсионный интерферометр
1.10. Двухволновая диагностика частично ионизованной плазмы
ГЛАВА 2 ГОМОДИННАЯ КВАДРАТУРНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ИМПУЛЬСНОЙ ПЛАЗМЫ МИКРОПИНЧЕВОГО РАЗРЯДА
2.1. Исследование рабочих характеристик гомодинных интерферометров с квадратурной фоторегистрацией
2.1.1. Двух и четырехканальные схемы интерферометров с квадратурной фоторегистрацией
2.1.2. Предельная точность измерений гомодинным интерферометром с квадратурной фоторегистрацией
2.2. Применение лазерного квадратурного интерферометра для исследования пространственного распределения и временной динамики электронной плотности плазмы микропинчевого разряда
2.2.1. Лазерный квадратурный интерферометр для исследования электронной плотности в периферийной области микропинчевого разряда
2.2.2. Исследование динамики линейной электронной плотности на периферии микропинчевого разряда
2.3. Применение лазерного квадратурного интерферометра для исследований
режимов работы системы инициирования разряда НВИ

2.4. Применение лазерного квадратурного интерферометра для измерения газокинетического давления корпускулярных потоков плазмы внутри разрядной камеры НВИ
2.4.1. Разработка методики измерений импульсного газокинетического давления плазмы методом квадратурной интерферометрии
2.4.2 Измерение давления плазмы микропинчевого разряда на установке «Зона-2»
2.5. Выводы к Главе
ГЛАВА 3 ДВУХВОЛНОВАЯ ГОМОДИННАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ В
ИССЛЕДОВАНИЯХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ ВОДОРОДНОЙ МИШЕНИ
3.1. Кулоновское торможение тяжёлых ионов в ионизованном веществе
3.2. Плазменная водородная мишень для экспериментов по торможению пучков тяжелых ионов в ионизованном веществе
3.3. Лабораторный стенд для исследований параметров плазмы водородной мишени
3.4. Исследование пространственной однородности плотности плазмы в поперечном сечении разряда
3.5. Разработка двухволнового квадратурного интерферометра для измерения электронной плотности и степени ионизации плазмы водородной мишени
3.5.1. Двухволновый интерферометр на длинах волн 3,39 мкм и 0,63 мкм
3.5.2. Интерферометрия эрозионного капиллярного разряда в воздухе атмосферного давления
3.5.3. Измерения линейной электронной плотности плазмы водородной мишени
3.5.4. Результаты измерения энергетических потерь ионов меди с энергией
100 кэВ/а.е.м. на установке ТИПР ИТЭФ
3.5.5. Двухволновый интерферометр на длинах волн 633 нм и 532 нм и измерения с его помощью электронной плотности и степени ионизации плазмы водородной мишени
3.6. Выводы к Главе
ГЛАВА 4 ДВУХВОЛНОВЫЙ ГЕТЕРОДИННЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ В СЛАБОИОНИЗОВАННОМ
ГАЗЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
4.1. Объемные импульсно-периодические разряды в воздушной среде при атмосферном давлении
4.2. Экспериментальный стенд для исследования режимов генерации объемного разряда в воздухе атмосферного давления
4.3. Измерение температуры плазмы импульсного наносекундного разряда в воздухе атмосферного давления методом эмиссионной спектроскопии
4.4. Измерение электронной плотности плазмы объемного разряда многолучевым интерферометром Фабри-Перо
4.5. Разработка двухволнового гетеродинного интерферометра для измерения электронной плотности в слабоионизованном газе атмосферного давления
4.5.1. Оптический блок двухволнового гетеродинного интерферометра
4.5.2. Разработка методов вибрационной и акустической защиты оптического
блока интерферометра
4.5.3. Прецизионный фазовый детектор гетеродинного двухволнового интерферометра
4.6. Выводы к Главе
ГЛАВА 5 КОМПЛЕКС ОПТИЧЕСКИХ ДИАГНОСТИК ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПЛАЗМЕННОЙ ЛИНЗЫ ФОКУСИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПУЧКА ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ
5.1. Фокусировка пучков заряженных частиц в плазме линейного сильноточного разряда
5.2. Конструкция плазменной линзы ТВН-ИТЭФ
5.3. Оптическая диагностика плазменной линзы
5.4. Измерение температуры и химического состава плазмы Х-пинча
5.5. Исследования пространственного распределения и временной динамики электронной плотности плазмы 2-пинча
5.6. Фокусировка пучка ионов С* плазменной линзой на ускорителе ТВН-ИТЭФ
5.7. Выводы к Главе
ГЛАВА 6 ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ НА ОСНОВЕ ВНУТРИЛАЗЕРНОГО ПРИЕМА СЛАБОГО ОТРАЖЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
6.1. Исследование характеристик одномодовых лазеров при инжекции внешнего излучения
6.1.1. Генерация одномодового лазера
6.1.2. Воздействие внешнего излучения на одномодовый лазер
6.1.3. Экспериментальное исследование реакции мощности одномодовых
лазеров
6.1.4 Исследование амплитудно-частотных характеристик лазера со слабой
инерционностью активной среды
6.1.5. Исследование амплитудно-частотных характеристик лазера с сильной
инерционностью активной среды
6.2. Экспериментальное сравнение предельной чувствительности внутрилазерного приема с методом прямой фоторегистрации
6.3. Исследование характеристик двухмодовых лазеров при инжекции внешнего излучения
6.3.1. Экспериментальное исследование характеристик двухмодовых
лазеров-приемников
6.4. Квадратурный интерферометр на основе двухчастотного лазера в режиме внутрилазерного приема с перекрестным взаимодействием мод
6.4.1. Формирование измерительных сигналов интерферометра
6.4.2. Экспериментальное исследование характеристик интерферометра
6.4.3. Принципиальная схема интерферометра
6.5. Интерферометрические исследования плазмы эрозионного капиллярного разряда
6.6. Измерение эффективного коэффициента отражения диффузных отражателей

Рис. 1.9. Аппаратная функция многолучевого интерферометра (а) р = 0,9 и принцип измерения малых фазовых сдвигов. Модуляция фазы происходит по гармоническому закону
Интерференционная картина в многолучевом интерферометре формируется за счет когерентного сложения большого числа лучей при многократном отражении от зеркал интерферометра, имеющих высокий коэффициент отражения. Распределение интенсивности в проходящем свете в зависимости от разности фаз интерферирующих лучей 8 имеет вид
(1 -рУ
(1.21)
(1-р)2 +4р$т512) где /о - интенсивность падающего на интерферометр света, р — амплитудный коэффициент отражения зеркал интерферометра. Крутизна аппаратной функции (функции пропускания) определяется эффективным числом лучей, участвующих в интерференции, т.е. числом проходов волны внутри интерферометра
Мэф=л^/(1 -р). (1.22)
Ширина интерференционной полосы, выраженная в долях разности фаз, определяется коэффициентами отражения зеркал:

(1.23)
Чувствительность многолучевого интерферометра определим, продифференцировав (1.21) по 5. В точке с максимальной крутизной аппаратной функции 1~ 0.5-1тах ,1 -р сИ
(13 =

(1.24)
Соответственно чувствительность к изменению оптической длины 3п1 в плазме имеет вид: