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高分辨率汤姆逊散射诊断系统研究 学生：席晓琦 导师：赵君煜 2010年12月22日 论文目标 论文研究进展情况 存在的问题及改进计划 内 容 设计、搭建高分辨率汤姆逊散射系统 标定、参数测量、实验 理论设计 光子数与国外设计参数进行理论验证 透镜、光纤、谱仪的成像匹配设计 光纤、谱仪结构设计，探测器耦合透镜选取 测量验证 像增强器与EMCCD的耦合透镜 谱仪倒数线色散 包括光纤、谱仪在内的系统探测灵敏度(标准灯) 将标定结果与理论光子数对比，验证测量能力 投入实验 测量杂散光，完成激光、信号光、两探测器门的时序匹配； 测量透镜透过率和等离子体背景 投入EAST与HT-7实验 ，优化探测条件 论文目标 论文目标 论文研究进展情况 存在的问题及改进措施 内 容 光子数验证 单位脉冲、单位长度散射总光电子数与TEXTOR上TV系统对比 EAST TEXTOR 激光器脉冲能量 E (J) 2.3 15 等离子体电子密度 ne (m-3 ) 1×1019 1×1019 空间分辨率 L (mm) 9.6 6 收集透镜接收立体角 Ω (sr) 0.0126 0.00118 整体透过率 Ttotal 0.07 0.1271 探测器总效率 Qdetector 0.1 0.27 EMCCD增益GEM 5 无 光电子数Npe 1850 1610 系统成像匹配设计 设计目标 将一段长而窄的像经过传输及分光后匹配到圆形的探测器上。 保证最大的光通量。 聚焦后的激光束 (1) (2) (3) (4) (1) 收集透镜 (2) 传输光纤束 (3) 谱仪中准直与成像透镜 (4) 两探测器间耦合透镜 设计思想 So Lo Li Sf f S So Lo Li Si f S So Lo Li Sf f S （光通量） 光纤结构设计 塑料包层光纤，0.8mm/0.83mm 结构： 为提高分辨率，在两端均去掉了所有光纤最外层 输入端90根+10根准直光纤，暂时用30根 输出端与0.83mm光纤30根，与探测器直径25mm匹配 之间用SMA 光纤转接头，便于调整测量位置和分辨率 10根准直光纤，后接监视器，结合可控对光靶板、位移台实时调节光路 谱仪结构 532nm杂散光滤光片 Hα (Dα) 和 Hβ(Dβ)滤光片 可测的最低Te ( 50eV ) 由陷波滤光片的截止带宽(17nm, 1/e半高宽为10.2nm)决定 谱仪所需覆盖的波长范围(380nm-720nm) 由需测的最高Te决定(5KeV, 104.7nm) 谱仪光通量 f85 F/1.4 f85 F/1.2 反射式光栅+ 外置滤光片 透射式光栅+ 外置滤光片 透射式光栅+ 内置滤光片 加滤光片需求 加两个透镜 加两个透镜 不需加透镜 0mm 透过率 100% 100% 100% 13.2mm透过率 0%(5.8mm:44%) 43% 54% 几乎所有透 过准直透镜 的光都成像 到探测器上 中心轴的光 能完全成像 分光到探测 器上 探测器结构设计、参数设置优化 像增强器耦合EMCCD 纳秒门宽以削弱等离子体背景的影响 EM增益以提高信噪比 优化参数设置以获得最佳的信噪比 像增强器增益控制电压设为4.8V(0-5V) EM增益设为64(0-300) CCD读出频率设为13MHz(13M,21M,35M) 软件binning 像素设为1*3 将像增强器（25mm直径）的光成像到CCD（8mm边长）——放大率1/3 两探测器间耦合透镜优化设计 Sigma, f30 mm F/1.4 镜头 M~1/3（30根光纤） Linos, f35 mm F/1.6 镜头 M~1/2 （20根光纤） 利用一个已知功率的连续光源对包括光纤、谱仪在内的探测系统进行了转换系数标定。 这个系数包括了谱仪透过率，像增强器光阴极量子效率，像增强器增益，像增强器荧光屏效率，耦合透镜效率和EMCCD的量子效率和增益。 将标定时的入射光子数和估算的不同温度下的汤姆逊散射光子数进行对比