간섭계는 플라즈마의 전자 밀도를 측정하는 가장 널리 알려진 방법중 하나이다. 간섭계는 플라즈마 주파수보다 높은 초고주파를 beam splitter에서 두개의 파로 나누어 하나의 파는 플라즈마를 통과시키고 나머지 하나의 파는 플라즈마를 통과시키지 않고 계측기에 보낸다. 플라즈마는 초고주파들 사이에 위상차를 일으키고 이 위상차는 플라즈마에서의 초고주파 진행경로의 ...
간섭계는 플라즈마의 전자 밀도를 측정하는 가장 널리 알려진 방법중 하나이다. 간섭계는 플라즈마 주파수보다 높은 초고주파를 beam splitter에서 두개의 파로 나누어 하나의 파는 플라즈마를 통과시키고 나머지 하나의 파는 플라즈마를 통과시키지 않고 계측기에 보낸다. 플라즈마는 초고주파들 사이에 위상차를 일으키고 이 위상차는 플라즈마에서의 초고주파 진행경로의 선적분 밀도에 비례하게 된다. 이러한 위상차는 보통의 플라즈마의 경우 $2\pi$ rad가 넘어가게 되는데, 기존의 아날로그 방식의 위상비교기로는 위상차가 $2 \pi$ rad를 넘을 경우 위상비교기의 값이 다시 0으로 되돌아 가기 때문에 밀도 피드백을 통한 플라즈마의 실시간 제어가 불가능하다. 따라서 위상차가 $2\pi$를 넘어가더라도 연속적으로 위상차를 측정할 수 있는 위상비교기 개발이 절실하다. 이번에 개발된 DPLL (Digital Phase Locked Loop)를 이용한 다중위상 검출기는 디지털 방식을 이용함으로서 보다 쉽게 실시간으로 위상의 변화를 추적할 수 있다. 개발된 위상검출기는 대략 $1 \sim 16 \times 2 \pi$ 라디안의 측정범위를 가지고 있으며 분해능은 $\frac{1}{100} \times 2 \pi$ 라디안 이다. 이 다중위상검출기를 보정하기 위한 여러 가지 실험이 진행되었다. 첫번째로 플라즈마를 통한 위상차가 아니라, 하이패쓰 필터를 이용한 위상변화기를 만들어서 우리가 알고 있는 위상차를 다중위상검출기에 주었을 때, 그 출력값이 정확한가 알아보았다. 두번째로 KAIST-Tokamak에서 AC방전을 통해 플라즈마를 발생시켜 위상검출기의 출력값을 같은 위치의 랑뮤어 탐침과 비교하였다. AC방전 실험에서 다중위상 검출기가 $2 \pi$ 이상의 위상차의 경우에도 연속적으로 위상차를 검출해 낼 수 있음이 검증되었다. 또한 간섭계를 이용하여 AC 플라즈마 단면의 밀도분포를 측정했는데, 플라즈마가 중심에서 바깥 쪽 챔버 벽쪽으로 밀려나간 형태를 보였다. 이것은 $\vec{j} \times \vec{B}$ 힘에 의한 것으로 CCD 카메라를 이용하여 AC 플라즈마의 단면을 촬영한 결과, 일치하는 것이었다.
간섭계는 플라즈마의 전자 밀도를 측정하는 가장 널리 알려진 방법중 하나이다. 간섭계는 플라즈마 주파수보다 높은 초고주파를 beam splitter에서 두개의 파로 나누어 하나의 파는 플라즈마를 통과시키고 나머지 하나의 파는 플라즈마를 통과시키지 않고 계측기에 보낸다. 플라즈마는 초고주파들 사이에 위상차를 일으키고 이 위상차는 플라즈마에서의 초고주파 진행경로의 선적분 밀도에 비례하게 된다. 이러한 위상차는 보통의 플라즈마의 경우 $2\pi$ rad가 넘어가게 되는데, 기존의 아날로그 방식의 위상비교기로는 위상차가 $2 \pi$ rad를 넘을 경우 위상비교기의 값이 다시 0으로 되돌아 가기 때문에 밀도 피드백을 통한 플라즈마의 실시간 제어가 불가능하다. 따라서 위상차가 $2\pi$를 넘어가더라도 연속적으로 위상차를 측정할 수 있는 위상비교기 개발이 절실하다. 이번에 개발된 DPLL (Digital Phase Locked Loop)를 이용한 다중위상 검출기는 디지털 방식을 이용함으로서 보다 쉽게 실시간으로 위상의 변화를 추적할 수 있다. 개발된 위상검출기는 대략 $1 \sim 16 \times 2 \pi$ 라디안의 측정범위를 가지고 있으며 분해능은 $\frac{1}{100} \times 2 \pi$ 라디안 이다. 이 다중위상검출기를 보정하기 위한 여러 가지 실험이 진행되었다. 첫번째로 플라즈마를 통한 위상차가 아니라, 하이패쓰 필터를 이용한 위상변화기를 만들어서 우리가 알고 있는 위상차를 다중위상검출기에 주었을 때, 그 출력값이 정확한가 알아보았다. 두번째로 KAIST-Tokamak에서 AC 방전을 통해 플라즈마를 발생시켜 위상검출기의 출력값을 같은 위치의 랑뮤어 탐침과 비교하였다. AC방전 실험에서 다중위상 검출기가 $2 \pi$ 이상의 위상차의 경우에도 연속적으로 위상차를 검출해 낼 수 있음이 검증되었다. 또한 간섭계를 이용하여 AC 플라즈마 단면의 밀도분포를 측정했는데, 플라즈마가 중심에서 바깥 쪽 챔버 벽쪽으로 밀려나간 형태를 보였다. 이것은 $\vec{j} \times \vec{B}$ 힘에 의한 것으로 CCD 카메라를 이용하여 AC 플라즈마의 단면을 촬영한 결과, 일치하는 것이었다.
One of the most widely adopted method to determine the electron density in plasmas is interferometery. The signal from a mm-wave source of an interferometer is split into two waves. One wave, the reference wave, is sent to a detector by means of waveguide and the other, the probe wave, is transmitte...
One of the most widely adopted method to determine the electron density in plasmas is interferometery. The signal from a mm-wave source of an interferometer is split into two waves. One wave, the reference wave, is sent to a detector by means of waveguide and the other, the probe wave, is transmitted through a plasma before being brought to the detector. The plasma causes phase shift in the probe wave due to the change in refractive index of the medium resulting in a phase difference between the reference wave and the probe wave at the detector. The phase difference is proportional to the line-integrated density of the plasma. When the phase difference exceeds $2\pi$, the output of a common analog phase detector jumps from $2\pi$ to zero. For an appropriate real-time plasma control with density feedback, a reliable real-time phase detection with the ability of measuring multiples of $2\pi$ is crucial. With this motivation, the Multi-radian Phase Detector (MPD) based on a DPLL (Digital Phase Locked Loop) circuit was developed. The main idea of MPD is digital tracing of phase changes which are over $2\pi$ rad. With the developed MPD, it is possible to measure phase shifts from 0 up to $16 \times 2 \pi$ rad (16 fringes) continuously with a resolution of about $\frac{1}{100} \times 2 \pi$ rad. Experiments were performed to verify the ability to detect the phase difference over $2 \pi$ rad. In the first experiment, the phase differences by the phase shifter which is composed of high-pass filters is given to the phase detector and the output of this phase detector is examined. There are the good agreements between the given phase difference below $2 \pi$ rad and the corresponding phase detector output. In the next experiments, the phase difference by a real plasma, an AC discharge plasma on KAIST-Tokamak, is made for an examination of the Multi-radian Phase Detector. This experiment verifies that the Multi-radian Phase Detector measures the multiples of $2 \pi$ radian phase difference continuously.
One of the most widely adopted method to determine the electron density in plasmas is interferometery. The signal from a mm-wave source of an interferometer is split into two waves. One wave, the reference wave, is sent to a detector by means of waveguide and the other, the probe wave, is transmitted through a plasma before being brought to the detector. The plasma causes phase shift in the probe wave due to the change in refractive index of the medium resulting in a phase difference between the reference wave and the probe wave at the detector. The phase difference is proportional to the line-integrated density of the plasma. When the phase difference exceeds $2\pi$, the output of a common analog phase detector jumps from $2\pi$ to zero. For an appropriate real-time plasma control with density feedback, a reliable real-time phase detection with the ability of measuring multiples of $2\pi$ is crucial. With this motivation, the Multi-radian Phase Detector (MPD) based on a DPLL (Digital Phase Locked Loop) circuit was developed. The main idea of MPD is digital tracing of phase changes which are over $2\pi$ rad. With the developed MPD, it is possible to measure phase shifts from 0 up to $16 \times 2 \pi$ rad (16 fringes) continuously with a resolution of about $\frac{1}{100} \times 2 \pi$ rad. Experiments were performed to verify the ability to detect the phase difference over $2 \pi$ rad. In the first experiment, the phase differences by the phase shifter which is composed of high-pass filters is given to the phase detector and the output of this phase detector is examined. There are the good agreements between the given phase difference below $2 \pi$ rad and the corresponding phase detector output. In the next experiments, the phase difference by a real plasma, an AC discharge plasma on KAIST-Tokamak, is made for an examination of the Multi-radian Phase Detector. This experiment verifies that the Multi-radian Phase Detector measures the multiples of $2 \pi$ radian phase difference continuously.
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