III. Методика определения параметров Стокса с помощью Фурье-поляриметра.

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 18Следующая ⇒

Этих недостатков лишён Фурье-поляриметр, удовлетворяющий всем требованиям, изложенным выше. Особенностью Фурье-поляриметра является возможность совмещения со спектральными приборами, имеющими несколько оптических каналов, использование его для исследования импульсных потоков плазмы с длительностью около десятка наносекунд. Испытания импульсного варианта Фурье-поляриметра проводились в реальном эксперименте при изучении условий транспортировки РЭП микросекундной длительности в разряженном реальном газе. Излучение объекта формировалось в плоскопараллельный пучок света, который проходил через поляризационную призму, поочередно устанавливающуюся для пропускания света с параллельной I_II и перпендикулярной I_^ поляризацией по ортогональным направлениям распределения РЭП. Параметры пучка = 350кЭВ, ток = 15А, длительность 40 микросекунд.

К третьей группе поляриметров относят поляриметры для исследования импульсных источников плазмы. Помимо Фурье-поляриметра, часто используется схема поляриметра для абсолютных измерений степени поляризации неоднородных стационарных объектов с низким уровнем оптического сигнала. Выделение двух ортогональных линейных поляризации осуществляется с помощью призмы Рошона, дающий угол расхождения пучков 5,7^о.

Излучение плазменного источника фокусируется линзой на плоскость входной щели спектрального прибора. Оптическая ось линзы параллельна вектору магнитного поля. С помощью интерференционного поляризатора излучение разделяется на два пучка с взаимно-ортогональными линейными поляризациями и формируется разностный сигнал, для выделения которого применяется многоканальный анализатор импульсов.

Рассмотренные выше методы исследования ПС, можно использовать в зависимости от степени анизотропности и способа генерирования плазменных объектов. Стационарные объекты со слабой анизотропией (положительный столб тлеющего разряда, ВЧ разряд и разряд с полным катодом) исследуются, как правило, с использованием оптико-магнитного метода.

Все импульсные объекты (система РЭП- плазма, область взаимодействия с газом движущейся плазмы) исследуются с помощью Фурье-поляриметра. Для исследования импульсного плазменного потока, формируемого ИКУ со сплошным наполнением рабочего газа, методом поляризационной спектроскопии, разработан следующий вариант поляриметра, схема которого приведена на рисунке 3.1.

Излучение плазменного потока, собираемое конденсором (К) формируется в плоскопараллельный пучок света и фокусируется на входную щель монохроматора (СДМС, F=96) с дифракционной решёткой 1200 мм/штрих. Применение спектрального прибора высокочувствительного разрешения обусловлено некоторыми особенностями использования оптической схемы. Поляризационная характеристика пропускания дифракционного спектра соответствует поляриметру, относительный коэффициент пропускания, которых вдоль оптических осей изменяется в широких пределах в зависимости от длины волны. Это приводит к необходимости использования корректора в процессе юстировки схемы.

Корректор представляет собой пластинку, расположенную в плоскости, параллельной пучку света. После входной щели излучение попадает на систему поворотных зеркал, и после выделения определённой длины волны дифракционной решёткой, попадает на выходную щель. Зеркала подобраны таким образом, чтобы добиться минимально возможных потерь света.

У выходной щели монохроматора помещается интерференционный поляризатор, делящий исследуемое излучение на два пучка со взаимно-ортогональными поляризациями и регистрируется одновременно двумя фотоприёмниками (ФП), в качестве которых использовались ФЭУ-79. Далее

сигналы поступают на входы дифференциальных усилителей двухлучевого запоминающего осциллографа С8-11. Так как экспериментальная схема позволяет осуществить пространственное разделение светового потока исследуемой спектральной линии на два пучка, величины (интенсивность в продольном и поперечном направлениях) измерялись одновременно.

Установка позволяет определить лишь первый параметр Стокса то есть, позволяет исследовать линейно-поляризационное излучение. Степень поляризации определяется по формуле:

(52)

Плазмопровод ускорителя расположен на юстировочных ножках, обеспечивающих перемещения вдоль и поперёк главной оптической оси установки. Поперечным перемещением достигается возможность регистрации радиального распределения измеряемых спектральных характеристик излучения плазменного потока.

Испытания спектрометра проводились с целью изучения реальных характеристик и надёжности работы экспериментальной установки.

При юстировке особое внимание уделялось уменьшению поляризационных искажений исследуемого излучения оптическими элементами: выходным окном камеры плазмопровода и системы линз конденсора. Теоретический анализ таких искажений, проведенный в работе , позволяет рассчитать их. Здесь же приведены критерии для подбора оптимальных оптичеcких элементов. Если элементы уже подобраны и установка съюстирована, то расчёт поляризационных искажений не обеспечивает необходимой точности, поскольку требует знания конструктивных особенностей, используемых элементов, и также точного контроля юстировки.

Рисунок 15. Экспериментальная схема приёмно-регистрирующей аппаратуры для исследования поляризации излучения импульсного плазменного потока

Искажения, возникающие в ходе измерений, исследовались экспериментально. Измерялась деполяризация поляризованного света, в спектральном интервале 400-730 нм. Величины искажений, усреднённые по трём сериям измерений, составили соответственно:

0,998 (0,009); 0,13 (0,09); 0,0016 (0,0006). В скобках даны ошибки, характеризующие изменения данных величин в пределах указанного спектрального интервала.

Первоначальные измерения, проведённые на этой установке, привели к значительной высокой степени поляризации, которая составила значения порядка P=19 %, Поэтому необходимо было провести калибровочные измерения, целью которых являлось устранение поляризующей способности самого поляриметра и всего тракта-наблюдения.

В общем случае поляризация излучения (чистый или полезный) сигнал определялся как разность реального сигнала выстраивания и поляризующей способности самой установки:

где - полезный сигнал,

регистрируемый, реальный сигнал,

- поляризующая способность экспериментальной установки.

Для проведения калибровочных измерений, необходимо было подобрать такой источник света, который был бы не поляризованным. Подобрать такой источник, тем более для импульсного процесса, практически невозможно и мы поступили следующим образом.

В аргоновой плазме имеются линии излучения, уровни которых не выстроены, то есть они не вносят поляризацию в схему наблюдения. Такими линиями в аргоне являются переходы с 5р – уровней (425,9 нм, 383,4 нм, 451,0 нм) и переход с 5d – уровней 565,0 нм.

Перед выходной щелью монохроматора помещаем поляризатор, который был выставлен таким образом, чтобы на выходе разностной схемы (на экране осциллографа), мы получили прямую линию. Проводя серию экспериментов, постоянно добиваются того чтобы или . При этом на выходе монохроматора потоки света были распределены по поляризациям таким образом, чтобы сигналы на симметричных входах дифференциальных делителей были одинаковы по величине. Для экспериментальной оценки точности измерения осциллографом С8-11 регистрировался уровень шумов. Установлено, что в среднем отношение амплитуды шумов к сигналу интенсивности линий 488,0 нм, составила 0,01, что соответствует относительной ошибке в определении степени поляризации менее 1%.

Лекция 14

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 268; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 13 14 151617 18 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!