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在托卡马克中存在许多不稳定性模式,它们会影响托卡马克的约束性能。为从实验上寻求对于各种宏观和微观不稳定性的理解,需要获得直观的磁流体演化图像,实现同时观测涨落量、涨落的空间相干性及涨落量之间的相干性。这样的测量需求就需要有高空间分辨的二维等离子体电子温度诊断工具,而电子回旋辐射成像诊断系统(ECEI)便是其中最好的诊断手段之一。过去的20多年中,国内外各个装置都先后建立起ECEI系统,来观测锯齿磁重联等MHD行为以及湍流涨落结构等。J-TEXT装置正在发展一套二维电子回旋辐射诊断系统,设计方案中的ECEI系统是由两套成像阵列组成且公用同一环向窗口的双阵列系统,每套成像阵列为极向16道×径向8道的二维阵列,可以实现同时分离地观测等离子体中的不同径向区域,因此总体是一套256道的ECEI系统。本文围绕ECEI光学系统的设计展开。ECEI光学系统设计是建立在高斯光束传输理论上,以现代三透镜镜头光学设计理念为基础,并添加场曲调节透镜(FCA透镜)实现进一步优化完成的。在透镜功能结构上,前端成像光学系统由变焦透镜组、FCA透镜、高场侧(HFS)聚焦透镜、低场侧(LFS)聚焦透镜、环向透镜组成。该成像光学系统实现了聚焦、变焦、场曲调节的统一,有着优秀的设计性能参数。在极向高分辨率观测方面,在窄变焦情况下极向空间分辨率可达到1.3cm;在极向变焦功能上,可以实现变焦系数从1.16到1.99之间的变化。在径向聚焦功能上,几乎可以在从托卡马克高场侧(HFS)边界到低场侧(LFS)边界之间任意位置聚焦;在聚焦景深方面,聚焦景深控制在38mm-100mm之间,足以保障高场侧、低场侧单一阵列的径向聚焦。更重要地,通过在ECEI光学系统设计中采纳添加场曲调节透镜(FCA透镜)的方式,在不同变焦模式下实现了场曲与径向聚焦位置、极向变焦功能的解耦,场曲控制在4.4mm以内(瑞利长度的2.4%以内),将光学系统成像面修正为近乎平整的平面,很大程度上提高了等离子体内共振层对天线阵列的响应。本振光学系统着重考虑天线阵列通光孔径内的功率需求。该系统结构相对简单,针对选定的角锥天线尺寸,两套本振光路设计总长度在1m以内,在满足天线阵列通光孔径内功率要求的同时也满足了放置空间的限制条件。本文还介绍了选择碳氢化合物陶瓷为介质分束板的选型计算过程。最终选定折射率为2.480介质材料作为分束板,其理论透射率与反射率分别为45.4%和54.6%,基本上可以认为是在功率选择方面实现3d B衰减,使得高场侧和低场侧信号相当,平台测试结果与其一致。最后,为了检验所设计光学系统的实际性能,本文开展了相关平台测试。通过分析实际光路中天线对等离子不同取样位置的响应程度,来获得该光学系统的极向分辨率和道间距。通过与模拟结果的比较证明,光学系统设计的极向分辨率与实验室平台下测试的结果是相一致的,验证了光学设计的准确性。综上所述,J-TEXT装置上的ECEI光学系统设计工作已经完成。