东方超环上微波成像反射计诊断的台面测试

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本论文主要介绍了 EAST上微波成像反射计(Microwave Imaging Reflectom-etry,MIR)的工作原理,前端光学系统成像性能的模拟,以及台面实验的测试结果。微波成像反射计是一种将反射计和大口径成像光线结合起来以实现对托卡马克等离子体小截面上二维区域内的密度涨落的测量的一种诊断技术。为了深入地了解EAST MIR各个子系统的工作原理,并在EAST MIR系统正式投入实际实验之前对其工作性能以及可能会遇到的问题进行全面的了解,我们需要通过台面测试实验对MIR系统在实验室环境下的工作性能进行测试。EAST上微波成像反射计的台面测试主要包括两部分内容。第一部分内容主要是通过高斯光学模拟软件CodeV对前端光学系统工作性能进行模拟。为了能灵活的调节微波成像反射计的观测范围,EAST MIR的前端光学系统需要具有聚焦位置和极向观测位置的主动调节能力。此外,由于微波成像反射计的工作特点要求像面场曲和截止层的形状相匹配,因此EAST MIR的前端光学系统还需要具有场曲的调节特性。因此,我们通过CodeV软件对前端光学系统的工作性能进行了模拟,模拟结果表明EAST MIR的前端光学系统对不同的观测位置都具有较好的成像能力。另外,我们还通过CodeV软件模拟了光路安装时,透镜位置的离轴和俯仰两类误差对成像效果的影响。模拟结果表明,相较于俯仰误差,离轴误差对成像效果更为显著的影响,因此在系统搭建过程中尤其需要注意各个透镜是否共轴。EAST上微波成像反射计的台面测试的第二部分内容主要包括了对EAST MIR系统输出信号质量的评估,以及系统对截止层涨落结构的测量能力和前段光学系统对极向观测范围的调节能力的验证。由于EAST MIR是通过对反射信号的相位进行测量从而得到截止层的涨落信息,因此相位测量的准确性十分重要。而后端电子学系统输出的IQ信号的质量对最后相位的计算有直接影响,所以需要对后端电子学系统输出的IQ信号的质量进行评估。评估结果显示,后端电子学系统输出的IQ信号的质量能够满足相位计算的要求。为了对实际实验条件下整套系统的工作性能进行验证,我们在实验室环境下搭建了包括前端光学系统在内的整套系统,并且使用表面具有周期性涨落结构的转轮模拟等离子体中的截止层,通过转轮上的涨落结果来模拟等离子体中的截止层上密度涨落所导致的截止位置的变化。通过对比EAST MIR系统给出的极向某一个观测位置上的相位变化和转轮上涨落结构的尺寸可以EAST MIR系统的相位测量的准确性。而通过对比不同前端光路设置下,极向所有道在某一个时刻下的相位分布关系就可以验证前端光学系统是否具有极向观测范围的调节能力。实验结果表明EAST MIR系统能够对转轮上的周期结构进行准确的测量,并且前端光学系统具有极向观测范围的调节能力。
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