【摘要】：光譜診斷是研究聚變等離子體中離子行為的主要方法。近年來隨著托卡馬克等離子體湍流和MHD研究的深入,相應過程中離子行為(離子溫度、旋轉速度及雜質輻射等)的快速變化越來越受到關注,因而高速光譜診斷的需求越來越迫切。基于EAST裝置UF-CXRS診斷系統(tǒng),本文系統(tǒng)分析了光電探測系統(tǒng)中各部分的設計方法,研制了一套光電探測系統(tǒng)使其時間分辨率達到微秒量級。本文為EAST裝置上的高速電荷復合交換光譜診斷系統(tǒng)設計并制作了一套高時間分辨率的光電探測系統(tǒng)。以進入探測器的光子通量估算結果為依據(jù),參考各種探測器的工作特性,選用了光電倍增管作為系統(tǒng)的探測器。用數(shù)學模型分析了光電倍增管輸出信號、噪聲與光子通量的關系。詳細分析跨阻電路工作特性以及輸出噪聲,將其分別與電壓放大電路、有源濾波電路以及頻率補償電路相結合組成三種信號處理電路方案。經(jīng)過仿真分析、實驗測試,跨阻電路與有源濾波電路結合的電路方案削弱了信號中的高頻噪聲,保證輸出信號有較好的信噪比。經(jīng)過測試,該套探測系統(tǒng)時間分辨率達到2.5μs,可探測光子通量下限為10~7ph/s,滿足光譜系統(tǒng)的參數(shù)需求。以此探測系統(tǒng)為基礎,將其應用于J-TEXT裝置的光譜診斷系統(tǒng)上,提高了系統(tǒng)的時間分辨率,通過CV輻射有效監(jiān)測到等離子體中MHD活動。
【圖文】：

電探測器選擇章中已經(jīng)介紹了常用的光電探測器的原理、噪聲以及工作特性系統(tǒng)要求高時間分辨率，CCD 探測器時間響應速度不能滿足算得到的光子通量，，光電二極管與 C-MOS 探測器光強的探測，APD 與 PMT 較為合適的探測器。文獻[32]為了設計高速束探測器，在光信號波長 656.1nm、系統(tǒng)帶寬為 1MHz 條件下，崩光電二極管與光電倍增管三種探測器的輸出信號噪聲的模型不同的光子通量下，輸出信號的噪聲/信號的變化曲線，如圖低于85 10 phs s時，光電倍增管有較好的信噪比。同時根據(jù) ，二者都需要高電壓，但是 APD 的增益與噪聲對溫度敏感，卻裝置保證 APD 工作在較低的溫度環(huán)境中。所以，對于這一套選擇光電倍增管作為系統(tǒng)的探測器。

圖 3.16 跨阻電路幅頻特性圖 3.17 跨阻電路單位階躍響應（方波頻率 500kHz）3.2.3 信號處理電路分析設計對于已經(jīng)設計完成的跨阻電路，當光電倍增管輸出電流小于 10μA 時，輸出電
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL631.24

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