HT-7 激光汤姆逊散射信号处理电路设计 - 核聚变与等离子体物理.PDF

第27 卷 第3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.27, No.3 2 0 0 7 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2007 文章编号：0254−6086(2007)03−0231−06 HT-7 激光汤姆逊散射信号处理电路设计 史灵卫，臧 庆，许雅劼，胡庆生，凌必利，赵君煜 (中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031) 摘 要：为了检测到散射信号且有较高的信噪比，使用硅雪崩二极管(APD)探测器探测汤姆逊散射光，采用 电荷敏感运算放大器减小电子噪声。同时，设计了放大电路，并采取了一些抗干扰措施。在实验中，此激光汤姆 逊散射系统成功地测量出HT-7 等离子体的电子温度。 关键词：HT-7 托卡马克；汤姆逊散射；电路噪声 中图分类号：TP274+ .52 文献标识码：A 1 引言 子温度。图 1 是整个散射诊断系统的示意图。 汤姆逊散射诊断是高温等离子体的一项重要 的诊断，它可以准确测量出等离子体的电子温度。 在对散射信号强度进行绝对标定和测量后，可以计 算出电子密度。随着聚变研究的深入，掌握托卡马 克等离子体的瞬态行为更具价值。在诸如等离子体 中模转换以及破裂和输运等物理现象这些研究中， 激光汤姆逊散射诊断起着重要的作用。目前，国际 上D Ⅲ-D、JT-60U、NSTX 上开展的红外汤姆逊散 射诊断是今后实验发展的一个重要方向。 由于汤姆逊散射信号十分微弱，对其干扰的排 除显得尤为重要。使用 APD 探测器、电荷敏感运 算放大器并设计了相应的放大电路来减小信号的 图1 HT-7 托卡马克激光汤姆逊散射诊断系统示意图 电子噪声，获得了较好的激光汤姆逊散射光信号。 1——布儒斯特窗；2——光吸食器；3——收集透镜；4——光纤； 5——防护墙；6——干涉滤光片分光谱仪；7——采集系统；8——移动 挡板；9——标定系统；10——控制计算机；11——能量探头；12—— 2 HT-7 托卡马克激光汤姆逊散射诊断系统 反馈脉冲；13——聚焦透镜；14——反光镜；15——布儒斯特窗；16 ——Nd:YAG 激光系统；17——电源。 激光器发出的激光通过反射镜面组到达等离 子体中，与等离子体电子相互作用产生激光散射。 3 散射原理和散射信号估计[1] 散射光在与入射激光 90º方向的另一侧射出，由一 等离子体中的电子在强激光作用下产生受迫 组光学透镜聚焦到光纤端面，再通过光纤传输到干 振荡，再辐射出散射波。汤姆逊散射功率谱密度函 涉滤光片分光谱仪，在五个不同的波段收集散射 数表示为： 光。光电转换 APD 探测器将光信号转变为微弱的 2 ( ) P r P n ΔLΔΩS ω (1) s 0 I e 电信号，经过放大电路后，CAMAC 采集系统把模 式中，r 为电子经典半径；P 为激光功率；n 为等 0 I e 拟