一种便携式太赫兹固体源干涉仪的制作方法

本发明涉及光学，尤其是涉及一种便携式太赫兹固体源干涉仪。

背景技术：

1、等离子体是由带正、负电荷的离子和电子，也可能还有一些中性的原子和分子所组成的集合体。在宏观上一般呈电中性。等离子体可以是固态、液态和气态。电离气体就是一种气态等离子体。等离子体中的基本过程是在电场和磁场的作用下，各种带电粒子间相互作用,引起多种效应。太赫兹激光干涉仪是使用太赫兹波段的光源进行等离子体电子密度测量的仪器，干涉仪系统通过测量等离子体产生的相位变化，计算出等离子体产生的线积分电子密度，这种非接触式的绝对值测量，使得太赫兹激光干涉仪成为等离子体密度诊断最准确可靠的工具之一。

2、目前，等离子体杀菌、等离子体清洗等功能的民用设备，在研究、测试、出厂时都需要等离子体密度测试，进行等离子体详细参数的定标，我国各大等离子体研究实验室也需要等离子体电子密度测量，我国发展的低温等离子研究装置、空间等离子体研究装置等等也需要等离子体密度测量。但是，大部分仪器设备和装置只需要单次或少次的等离子体测量定标，并不需要购入整套干涉仪系统，并且目前太赫兹激光干涉仪系统价格昂贵，一般每套价格都不会低于百万元，并且太赫兹激光干涉仪在市面上并没有产品化的设备，定制的一套系统的必要性和成本考量限制了很大一部分部分研究单位和厂商的发展。

3、由此可见，如何设计一款体积小、可移动式、运行稳定、适用性强的产品化太赫兹激光干涉仪已成为现如今本领域技术人员所要亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种便携式太赫兹固体源干涉仪，以解决大部分等离子体发生装置的等离子体电子密度便捷测量问题，通过设计便携式太赫兹固体源干涉仪的具体结构，实现了紧凑、可移动、便于操作的系统布局，为等离子体的密度测量提供了方便快捷的测量工具。

2、本发明提供了一种便携式太赫兹固体源干涉仪，包括干涉仪箱体、主体光路平台、探测及数据处理平台、等离子体检测平台；

3、所述干涉仪箱体为整个干涉仪的支撑和外包箱体，主体光路平台、探测及数据处理平台、等离子体检测平台三个模块化平台固定在箱体底板上，箱体地板上有两条平行导轨，主体光路平台和探测及数据处理平台可以在导轨上左右平移，两个平台上安装有干涉仪光路。等离子体检测平台固定在箱体正中心位置，箱体侧面装有具有数据显示屏，需要远途移动时，箱体可折叠，此时等离子体检测平台为侧板，主体光路平台和探测及数据处理平台两个平台为上下层叠放，并增加侧板形成一个密闭箱体，减小整体占用面积，提高紧凑度。

4、所述主体光路平台安装有第一太赫兹固体源、第二太赫兹固体源、参考道探测器和部分干涉仪光路器件。第一太赫兹固体源和第二太赫兹固体源的光信号发送端与所述干涉仪光路连接，两台太赫兹固体源发出的太赫兹光通过干涉仪光路进入参考道探测器；

5、所述探测及数据处理平台安装有探测道探测器、相位比较及采集系统、小型工控机和部分干涉仪光路器件，探测道探测器接收两台太赫兹固体源发出的太赫兹光。

6、所述参考道探测器和所述探测道探测器用于对各自接收到光束进行合束得到合束信号，以供所述等离子体电子密度测量装置根据所述合束信号计算等离子体电子密度。

7、作为其中一种优选方案，所述干涉仪光路包括第一分光片、第二分光片、第三分光片、第四分光片、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一凸反镜、第二凸反镜、第一凹反镜、第二凹反镜；

8、所述第一太赫兹固体源的光信号发送端依次通过所述所述第一分光片和所述第二分光片与所述参考道探测器的接收端连接；所述第一太赫兹固体源的光信号发送端依次通过所述第一分光片、所述第一凸反镜、所述第一凹反镜、所述第二平面镜和所述第四分光片与所述探测道探测器的接收端连接；

9、所述第二太赫兹固体源的光信号发送端依次通过所述所述第三分光片、所述第一平面反射镜、所述第二凸反镜、所述第二凹反镜、所述待检测等离子体和所述第四分光片与所述探测道探测器的接收端连接。

10、作为其中一种优选方案，所述第一凸反镜和第一凹反镜、所述第二凸反镜和第二凹反镜可以组成两套望远镜系统，通过调节第一凸反镜和第一凹反镜、第二凸反镜和第二凹反镜的距离，可以实现主体光路平台和探测及数据处理平台之间的光路调节；

11、作为其中一种优选方案，所述第一太赫兹固体源为变频固体源，所述第二太赫兹固体源为定频固体源，两台固体源的基频频率相同，通过第一太赫兹固体源的兆赫兹量级的微小频率调节，实现两台源之间的差频调节。第一太赫兹固体源和第二太赫兹固体源可根据测量对象的电子密度需求，更换0.1thz～0.65thz的不同频率的太赫兹固体源。

12、作为其中一种优选方案，所述相位比较及采集系统持续接收参考道探测器和探测道探测器输出的正弦波测量信号，并进行相位计算、存储和输出，相位比较及采集系统将处理完成的密度信息传输给小型工控机，并由小型工控机将数据绘制成数据图后由箱体侧面的显示屏实时显示。

13、作为其中一种优选方案，所述主体光路平台和所述探测和数据处理平台为集成化可拆卸平台，当被测对象体积较大时可进行分体式安装测量，可面向更多测量对象进行应用。

14、相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于以下所述中的至少一点：

15、(1)选用不同波段太赫兹固体源，体积小，结构紧凑，环境敏感度低，输出信号稳定，可以实现不同电子密度区间的等离子体密度测量。

16、(2)双激光器法实现的外差式干涉仪光路系统，抗干扰能力强，对干涉仪光强的要求低，时间分辨率高。

17、(3)本发明的便携式太赫兹固体源干涉仪，整个系统封装在一个箱体中，具备完成太赫兹激光干涉仪功能，无需增加配套设备。体积小、便于移动和携带，使用光学器件少，成本低，可实现连续稳定的等离子体电子密度测量。

18、(4)本发明的便携式太赫兹固体源干涉仪，进行了3个平台的模块化设计，不仅适用于小型的等离子体民用设备，进行拆分后还适用于大型的等离子体实验装置，不受测量对象大小的限制，极大的提高了该仪器的适用场景和对象。

技术特征：

1.一种便携式太赫兹固体源干涉仪，其特征在于，包括干涉仪箱体、主体光路平台、探测及数据处理平台、等离子体检测平台；

2.如权利要求1所述的便携式太赫兹固体源干涉仪，其特征在于，所述干涉仪光路包括第一分光片、第二分光片、第三分光片、第四分光片、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一凸反镜、第二凸反镜、第一凹反镜、第二凹反镜；

3.如权利要求2所述的便携式太赫兹固体源干涉仪，其特征在于，所述第一凸反镜和第一凹反镜、所述第二凸反镜和第二凹反镜可以组成两套望远镜系统，通过调节第一凸反镜和第一凹反镜、第二凸反镜和第二凹反镜的距离，可以实现主体光路平台和探测及数据处理平台之间的光路调节。

4.如权利要求1所述的便携式太赫兹固体源干涉仪，其特征在于，所述第一太赫兹固体源为变频固体源，所述第二太赫兹固体源为定频固体源，两台固体源的基频频率相同，通过第一太赫兹固体源的兆赫兹量级的微小频率调节，实现两台源之间的差频调节。第一太赫兹固体源和第二太赫兹固体源可根据测量对象的电子密度需求，更换0.1thz～0.65thz的不同频率的太赫兹固体源。

5.如权利要求1所述的便携式太赫兹固体源干涉仪，其特征在于，所述相位比较及采集系统持续接收参考道探测器和探测道探测器输出的正弦波测量信号，并进行相位计算、存储和输出，相位比较及采集系统将处理完成的密度信息传输给小型工控机，并由小型工控机将数据绘制成数据图后由箱体侧面的显示屏实时显示。

6.如权利要求1所述的便携式太赫兹固体源干涉仪，其特征在于，所述主体光路平台和所述探测和数据处理平台为集成化可拆卸平台，当被测对象体积较大时可进行分体式安装测量，可面向更多测量对象进行应用。

技术总结本发明公开了一种便携式太赫兹固体源干涉仪，包括干涉仪箱体、主体光路平台、探测及数据处理平台、等离子体检测平台，主体光路平台、探测及数据处理平台、等离子体检测平台三个模块化平台固定在干涉仪箱体底板上。该干涉仪使用两台可选频率的太赫兹固态源为光源，通过双激光器法产生外差信号，使用外差式干涉仪光路进行等离子体电子密度测量。该设备可以解决大部分等离子体发生装置的等离子体电子密度便捷测量问题，通过设计便携式太赫兹固体源干涉仪的具体结构，实现了紧凑、可移动、便于操作的系统布局，并适用于多场景和宽等离子体密度范围，为等离子体的密度测量提供了方便快捷的测量工具。技术研发人员：刘海庆,解家兴,魏学朝,王宏北,张雪梅受保护的技术使用者：安徽中科太赫兹科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25