用于ASDEX轴对称偏滤器实验的非球面透镜

德国asphericon生产的非球面透镜可用于实验核聚变反应堆，两个中心偏离的非球面透镜可以为开发核聚变反应堆ASDEX装置提供更好的成像质量。非球面透镜用于从局部注入氦云中捕抓光线，并将其聚焦在光纤上，以便随后在实验室进行光谱分析。

1.ASDEX升级

关于ASDEX（轴对称偏滤器实验）升级是一种用于开发核聚变反应堆的实验设施，ASDEX作为一种更安全、更环保的发电方式为从核裂变到核聚变的转变提供了重要成果。为了将位于加兴的马克斯普朗克等离子体物理研究所的成果应用于实验性发电厂，如法国的ITER（国际热核实验反应堆）实验核聚变反应堆，在与发电厂类似的条件下进行了ASDEX升级研究。已经实施了基于中性氦线比率光谱学的诊断程序，以获得等离子体边界区域中的电子的温度和密度。与基于光电倍增管的光检测系统想结合，高精度光学元件有助于提高成像质量，并确保测量的高空间和时间分辨率。

2.非球面透镜在实验中的应用

德国asphericon的StockOptics系列的两个非球面透镜，它们的标准直径范围为10至100mm，并且具有300nm RMSi的表面形状偏差。为了使它们可用于系统，透镜的中心被偏移到所需的直径。因此，研究团队从最大的灵活性和质量中受益：不仅能够满足所有质量要求，而且光学元件的交付时间也很短，仅为2周。两个非球面透镜有效焦距（EFL）是85mm，并被插入安装在ASDEX升级版中的氦线比率分光镜的光学头（见图1和图2），以优化成像效果。这些非球面透镜用于从局部注入氦云中捕抓光线，并将其聚焦在光纤上，以便随后在实验室进行光谱分析。

聚变反应堆能够持续维持聚变反应并能利用聚变能和中子的装置，简称聚变堆。聚变反应堆需要用到的材料包括堆的结构材料、冷却剂、超导材料、电绝缘材料等。聚变能具有燃料丰富、燃料价格低廉、环境污染小、运行安全可靠、反应释放的能量大等突出优点。实验聚变反应堆的设置有光学头、两个透镜、53条视线、压电阀和氦云等。

图1.通过与等离子体电子碰撞激发的注入氦云和发射光进行光谱分析

光学头的工作原理

从图2光学头的CAD图中可以看到光学头有光纤束、光纤夹持器、磁阀、两个透镜、铁条和保护砖等。光学头能把光信号转变成电信号。

图2.光学头的CAD图

非球面透镜的规格

图3显示了通过两个透镜之一（黄色区域）的光束路径示例。光聚焦在光纤芯直径为0.4mm、NA为0.22的光纤的自由端。NA决定光纤的接收角度（绿色阴影区域）。

图3.光学头的示意图

ASDEX光学元件概述

-RMSi为300nm和EFL为85mm的两个非球面透镜中心偏移到所需的直径

-透镜可使光学头具有更好的成像质量，而且交付时间极短（仅2周）

3.优化的线光谱

一种新形式的热氦束诊断能够对等离子体的密度和电子温度进行高分辨率测量。马克斯普朗克等离子体物理研究所聚变反应堆的实验设施ASDEX（轴对称偏滤器实验）升级使用线光谱技术。德国asphericon在很短的时间内从库存镜片内提供了两个中心偏离的非球面透镜，这为实验装置提供了非常好的成像特性。