剪切干涉测量电缆枪等离子体电子密度.pdfVIP

第36卷第12期 光 子 学 报 Vol_36 No．12 2007年 12月 ACTA PH()T()NICA SINICA December 2007 剪切干涉测量电缆枪等离子体电子密度* 陈光华，陈林，刘寿先 (中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川I绵阳621900) 摘 要：用剪切干涉仪测量了电缆枪产生的等离子体电子密度分布．在实验中获得了激光波前通过 等离子体后的干涉图样，测出等离子体沿轴向的平均运动速度约为2 cm／／_is．对干涉图进行了二维 波前重建，计算了电子线积分密度，给出了直观的等离子体分布图像，并计算了自由电子总数．根据 等离子体的圆柱对称关系，利用Abel积分变换算出了局部电子密度沿径向的分布曲线． 关键词：剪切干涉；电缆枪；等离子体；电子密度 中图分类号：0436．1 文献标识码：A 文章编号：1004—4213(2007)12—2192—4 0 引言 1，内外电极之间的聚乙烯绝缘体表面喷有石墨．当 在内外电极加上高压时，绝缘体表面将放电产生等 电缆等离子体枪作为等离子体断路开关 离子体并通过喷嘴喷出．喷嘴外径为16 mm，喷嘴 (Plasma Opening Switch，POS)中的等离子体源，产 前方的测量区域是被扩束后的平行激光束照射的区 生等离子体并以一定的密度和空间分布注入到开关 域，光束方向与喷嘴轴向垂直． 中，使得开关良好导通．开关的性能取决于等离子体 的密度及其空间分布、离子种类、以及电极间的磁 Outer electrode 场．根据等离子体中电子密度与光学折射率的关系， 只要知道一定波长的光波经过等离子体后的相移， Areaof 就可以算出电子密度沿光路的积分．相关文献报道 measurement 过沿一条或几条路径进行的连续线积分密度测 量 。]．实际上有时候仅仅知道一条或若干条路径上 的线积分密度是不够的，还需要知道密度的空间分 布，于是采用了波前检测技术．激光波前上的每一个 图1 电缆等离子体枪和测量区域 点都对应一条光线路径上的线积分密度，那么激光 Fig．1 Schematic diagram of C—gun and area of measurement 波前与线积分密度二维分布之间就存在确定的关 图2是剪切干涉测量系统示意图．YAG倍频脉 系．如果密度呈轴对称分布，则利用Abel变换还可 冲激光器的波长为532 nm，脉冲半高宽约为 10 ns， 以从线积分密度分布算出局部密度分布． 脉冲能量约为20 mJ．分光镜分出一束激光给光电 能够测量等离子体电子密度分布的技术有M— 探头，用于监测激光出光时间．采用的干涉仪结构是 Z干涉测量技术[4]、全息干涉测量技术[5]和剪切差 环形横向剪切干涉型的，剪切量为3．3 mm，剪切方 分干涉测量技术-6州等．其中剪切干涉测量技术是一