聚變等離子體微波反射成像系統(tǒng)準光光路研究.pdf

1、受控核聚變是人類最終解決能源問題的重要途徑，而托卡馬克（Tokamak，環(huán)流磁約束聚變裝置）是目前發(fā)展受控核聚變的一種主要裝置。在過去的二十年中，受控核聚變研究取得了很大的進展。新發(fā)展的湍流和某些重要的等離子體參數(shù)（如安全因子等）分布診斷系統(tǒng)，如遠紅外激光散射、束發(fā)射光譜學(xué)、微波反射計、運動斯托克效應(yīng)譜學(xué)等，起了關(guān)鍵作用，它們提供了許多可與理論和計算機模擬結(jié)果直接比較的診斷數(shù)據(jù)。然而，由于一些等離子體內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)分布、芯部湍流的診斷手段

2、的缺乏，使得我國在芯部等離子體湍流診斷的研究方面離國際水平有一定差距。
　　等離子體湍流輸運和總的約束性能密切相關(guān)，是理解等離子體物理的關(guān)鍵。在實驗研究方面，隨著電子元器件和探測技術(shù)的飛速發(fā)展，等離子體湍流診斷向高時空分辨率、二維或三維方向發(fā)展，其中微波反射成像（Microwave Imaging Reflectometry-MIR）是近年發(fā)展起來的直接觀測等離子體湍流圖像最先進的手段之一。微波反射成像系統(tǒng)是結(jié)合微波反射診斷技術(shù)以

3、及準光學(xué)成像原理發(fā)展起來的。本論文首先簡要介紹了準光學(xué)的基本理論以及高斯波束的傳播特性，解釋了微波反射診斷技術(shù)的概念、診斷方法；簡述了光學(xué)成像的基本原理，對成像產(chǎn)生的各種像差做了細致的分析與討論，并在這些理論的基礎(chǔ)上討論了微波反射成像系統(tǒng)的工作原理。
　　準光學(xué)系統(tǒng)的引入是微波反射成像診斷系統(tǒng)與常規(guī)微波反射診斷系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別，準光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵在于高斯束束斑半徑以及波前曲率的匹配，在相關(guān)理論基礎(chǔ)上對微波反射成像系統(tǒng)準光光路進行設(shè)

4、計，并采用仿真軟件，建立模型；對不同透鏡參數(shù)進行優(yōu)化、進一步仿真，對系統(tǒng)做了初步設(shè)計。對初步的系統(tǒng)設(shè)計進行了仔細分析討論，包括高斯束斑覆蓋大小，波前曲率匹配，成像面像差等，結(jié)合實際裝置情況，在原設(shè)計基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，更加明確了微波反射成像系統(tǒng)設(shè)計時需求的各項參數(shù)，接著在仿真的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進行了實際加工與測試，在測試環(huán)節(jié)對出現(xiàn)的各種狀況進行了仔細分析，采用補充測試的方法解決出現(xiàn)的相關(guān)疑難問題。該微波反射成像系統(tǒng)工作在8mm波段，使用了多個