聚變等離子體微波反射成像系統(tǒng)準(zhǔn)光光路研究.pdf

1、受控核聚變是人類(lèi)最終解決能源問(wèn)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(guò)去的二十年中，受控核聚變研究取得了很大的進(jìn)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(yuǎn)紅外激光散射、束發(fā)射光譜學(xué)、微波反射計(jì)、運(yùn)動(dòng)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(jì)算機(jī)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(guó)在芯部等離子體湍流診斷的研究方面離國(guó)際水平有一定差距。
　　等離子體湍流輸運(yùn)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(shí)驗(yàn)研究方面，隨著電子元器件和探測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，等離子體湍流診斷向高時(shí)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(lái)的直接觀測(cè)等離子體湍流圖像最先進(jìn)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(zhǔn)光學(xué)成像原理發(fā)展起來(lái)的。本論文首先簡(jiǎn)要介紹了準(zhǔn)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(jiǎn)述了光學(xué)成像的基本原理，對(duì)成像產(chǎn)生的各種像差做了細(xì)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(zhǔn)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(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)微波反射成像系統(tǒng)準(zhǔn)光光路進(jìn)行設(shè)

4、計(jì)，并采用仿真軟件，建立模型；對(duì)不同透鏡參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、進(jìn)一步仿真，對(duì)系統(tǒng)做了初步設(shè)計(jì)。對(duì)初步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了仔細(xì)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(shí)際裝置情況，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，更加明確了微波反射成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需求的各項(xiàng)參數(shù)，接著在仿真的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際加工與測(cè)試，在測(cè)試環(huán)節(jié)對(duì)出現(xiàn)的各種狀況進(jìn)行了仔細(xì)分析，采用補(bǔ)充測(cè)試的方法解決出現(xiàn)的相關(guān)疑難問(wèn)題。該微波反射成像系統(tǒng)工作在8mm波段，使用了多個(gè)