用于激光光譜技術(shù)的多維片狀光束整形調(diào)節(jié)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多維片狀光束整形調(diào)節(jié)裝置及方法，屬于激光光譜應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于激光片狀光束整形調(diào)節(jié)方面的優(yōu)勢，在眾多激光光譜實驗中廣泛應(yīng)用，PLIF為激光光譜實驗中的一種，PLIF【平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)，Planner Laser InducedFluorescence】作為一種激光光譜技術(shù)。通過幾個一定焦距的柱透鏡將可調(diào)諧激光擴展準(zhǔn)直為符合要求的平面片狀光束，片光穿過需要診斷的流場時會有選擇的激發(fā)流場中的示蹤粒子，使示蹤粒子中相應(yīng)的電子受到激發(fā)從基態(tài)躍迀到激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)的電子再通過自發(fā)輻射從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)并發(fā)出熒光。利用具有像增強功能的相機【ICCD】記錄熒光的強度與位置分布，由此可以分析出流場中濃度，溫度，速度等相關(guān)參數(shù)信息。由于熒光壽命為納秒量級，ICCD相機的像素也可以達到百萬級，所以PLIF技術(shù)最大的特點就是其擁有較高的時間分辨率和空間分辨率。同時相比于其他的檢測方法，PLIF是一種非接觸的測量手段，它可以滿足測量需求的同時保證不干擾流場的原有狀態(tài)。由于以上的的優(yōu)勢，PLIF技術(shù)可以應(yīng)用于高速變化的濃度場與溫度場的診斷。在實際PLIF診斷實驗中，有很多工況是需要片狀光束以不同角度入射到實驗區(qū)域的。如對超高聲速流場進行診斷時，需要不斷改變流場中模型的攻角，此時片狀光束就需要根據(jù)模型攻角的變化，改變片光的角度。這是目前的片光整形系統(tǒng)中的一大局限性，需要亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決在PLIF診斷實驗中，由于不同工況是需要片狀光束以不同角度入射到實驗區(qū)域中，現(xiàn)有技術(shù)僅能通過改變流場中模型的攻角實現(xiàn)該效果，手段單一費力且不靈活的問題，進而提出一種用于激光光譜技術(shù)的多維片狀光束整形調(diào)節(jié)裝置及方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0005]—種用于激光光譜技術(shù)的多維片狀光束整形調(diào)節(jié)裝置，它包括激光光源1、光闌
2、柱面負透鏡3、柱面正透鏡一 4、柱面正透鏡二 5和片光整形旋轉(zhuǎn)架6 ;
[0006]所述片光整形旋轉(zhuǎn)架6包括底座6-1、光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6_3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4、第二柱面正透鏡用鏡框6-5、兩個豎板6-7、兩個轉(zhuǎn)盤6-8和多根滑桿6-9，所述底座6-1水平設(shè)置，所述底座6-1上并列設(shè)置有兩個豎板6-7，每個豎板6_7上安裝有一個豎直設(shè)置的轉(zhuǎn)盤6-8，每個轉(zhuǎn)盤6-8在其所在的豎板6-7內(nèi)沿其圓周方向自轉(zhuǎn)，每個轉(zhuǎn)盤6-8的中心加工有通孔，所述光闌用鏡框6-2內(nèi)安裝有光闌2，所述柱面負透鏡用鏡框6-3內(nèi)安裝有柱面負透鏡3，所述第一柱面正透鏡用鏡框6-4內(nèi)安裝有柱面正透鏡一 4，所述第二柱面正透鏡用鏡框6-5內(nèi)安裝有柱面正透鏡二 5，多根滑桿6-9水平并列設(shè)置在兩個豎板6-7之間，每根滑桿6-9的一端固定連接在兩個豎板6-7中的一個所述豎板6-7上，每根滑桿6-9的另一端依次穿過光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5后固定連接在兩個豎板6-7中的另一個所述豎板6-7上，所述光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5分別與多根滑桿6-9滑動配合，所述激光光源1設(shè)置在兩個豎板6-7中靠近光闌用鏡框6-2的一個豎板6-7外且所述激光光源1的發(fā)光端朝向該豎板6-7上的轉(zhuǎn)盤6-8通孔。
[0007]—種利用【具體實施方式】一所述的裝置實現(xiàn)用于激光光譜技術(shù)的多維片狀光束整形調(diào)節(jié)的方法，所述方法包括以下步驟:
[0008]步驟一:裝置的裝配工作:首先將光闌2、柱面負透鏡3、柱面正透鏡一 4和柱面正透鏡二 5依次安裝至片光整形旋轉(zhuǎn)架6中光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5中，再將激光光源1設(shè)置在兩個豎板6-7中靠近光闌用鏡框6-2的一個豎板6-7外，該激光光源1的發(fā)光端朝向該豎板6-7上的轉(zhuǎn)盤6-8通孔；
[0009]步驟二:光線整形步驟:由于激光光束行進方向與豎板6-7的寬度方向同向，設(shè)定激光行進方向為1軸所在方向，豎板6-7的高度方向為z軸所在方向，與yz平面垂直方向為X軸，其中zy平面為PLIF觀測的平面，設(shè)定兩個轉(zhuǎn)盤6-8中兩個圓心之間連線所在的直線為系統(tǒng)中心軸線A-A，調(diào)整光闌用鏡框6-2使其沿多根滑桿6-9滑動，通過光闌和安裝在鏡架6-3中的負面柱透鏡，兩點確定一條直線的原理，保證入射光束入射方向與系統(tǒng)中心軸線A-A重合，同時控制光闌2孔徑的大小，選取入射激光中心能量分布均勻的區(qū)域作為激光光源，通過光闌2的激光光束接著會入射通過柱面負透鏡3，柱面負透鏡3對于入射光具有在特定二維平面發(fā)散的作用，則激光光束會在yz平面內(nèi)發(fā)散為片狀光束，發(fā)散的片狀光束之后入射到柱面正透鏡一 4，入射到柱面正透鏡一 4對于入射光在特定二維平面內(nèi)進行會聚，所以發(fā)散的激光光束會在yz平面內(nèi)會聚，調(diào)整柱面負透鏡用鏡框6-3和第一柱面正透鏡用鏡框6-4之間的距離直至柱面負透鏡3與柱面正透鏡一 4的焦點重合時定位，即二者之間的距離為柱面正透鏡一 4與柱面負透鏡3的焦距之差為F-f時，激光光束在xy平面內(nèi)會重新變回準(zhǔn)直光束，“線形”的激光光束變?yōu)槠瑺罴す夤馐?，激光光束的寬度為激光光斑直徑乘以柱面正透鏡一 4與柱面負透鏡3的焦距之比F/f ;
[0010]步驟三:光線聚焦步驟:最后通過第二柱面正透鏡用鏡框6-5上的柱面正透鏡二 5使經(jīng)過準(zhǔn)直的片狀激光光束經(jīng)過柱面正透鏡二 5在xy平面內(nèi)聚焦，直接進行觀測即可。
[0011]—種利用【具體實施方式】一所述的裝置實現(xiàn)用于激光光譜技術(shù)的多維片狀光束整形調(diào)節(jié)的方法，所述方法包括以下步驟:
[0012]步驟一:裝置的裝配工作:首先將光闌2、柱面負透鏡3、柱面正透鏡一 4和柱面正透鏡二 5依次安裝至片光整形旋轉(zhuǎn)架6中光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5中，再將激光光源1設(shè)置在兩個豎板6-7中靠近光闌用鏡框6-2的一個豎板6-7外，該激光光源1的發(fā)光端朝向該豎板6-7上的轉(zhuǎn)盤6-8通孔；
[0013]步驟二:光線整形步驟:由于激光光束行進方向與豎板6-7的寬度方向同向，設(shè)定激光行進方向為1軸所在方向，豎板6-7的高度方向為z軸所在方向，與yz平面垂直方向為X軸，其中zy平面為PLIF觀測的平面，通過光闌2的激光光束接著會入射通過柱面負透鏡3，柱面負透鏡3對于入射光具有在特定二維平面發(fā)散的作用，則激光光束會在yz平面內(nèi)發(fā)散為片狀光束，發(fā)散的片狀光束之后入射到柱面正透鏡一 4，入射到柱面正透鏡一 4對于入射光在特定二維平面內(nèi)進行會聚，所以發(fā)散的激光光束會在yz平面內(nèi)會聚，調(diào)整柱面負透鏡用鏡框6-3和第一柱面正透鏡用鏡框6-4之間的距離直至柱面負透鏡3與柱面正透鏡一 4的焦點重合時定位，即二者之間的距離為柱面正透鏡一 4與柱面負透鏡3的焦距之差為F-f時，激光光束在xy平面內(nèi)會重新變回準(zhǔn)直光束，“線形”的激光光束變?yōu)槠瑺罴す夤馐?，激光光束的寬度為激光光斑直徑乘以柱面正透鏡一 4與柱面負透鏡3的焦距之比F/f ;
[0014]步驟三:光線聚焦步驟:最后通過第二柱面正透鏡用鏡框6-5上的柱面正透鏡二 5使經(jīng)過準(zhǔn)直的片狀激光光束經(jīng)過柱面正透鏡二 5在xy平面內(nèi)聚焦，直接進行觀測即可；
[0015]步驟四:光線旋轉(zhuǎn)步驟:設(shè)定兩個轉(zhuǎn)盤6-8中兩個圓心之間連線所在的直線為系統(tǒng)中心軸線A-A，利用光闌2與柱面負透鏡3共軸來調(diào)節(jié)激光光束入射角度直至激光光束入射角度與系統(tǒng)中心軸線A-A重合，調(diào)整光闌用鏡框6-2使其沿多根滑桿6-9滑動距離直至選取到激光光束中能量分布較為均勻的中間區(qū)域后定位，在旋轉(zhuǎn)兩個轉(zhuǎn)盤6-8使光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5同步轉(zhuǎn)動，根據(jù)實驗場的要求，控制片狀激光光束旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)片光的繞系統(tǒng)中心軸線A-A旋轉(zhuǎn)。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果:
[0017]1、本發(fā)明涉及一種利用柱透