一種基于cars光譜測(cè)量一維掃描火焰溫度的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)量火焰溫度的裝置，尤其涉及基于CARS光譜對(duì)火焰一維掃描測(cè)溫的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]相干反斯托克斯拉曼光譜(CoherentAnt1-Stokes Raman Spectroscopy，簡(jiǎn)稱(chēng)CARS)是飛秒科學(xué)研究中一種重要的非線(xiàn)性光譜技術(shù)，利用飛秒激光脈沖作為栗浦光和斯托克斯光共同作用激發(fā)分子的拉曼振動(dòng)模并通過(guò)時(shí)間延遲探測(cè)光探測(cè)被激發(fā)的分子拉曼振動(dòng)模的時(shí)間演化，實(shí)驗(yàn)中探測(cè)得到的飛秒CARS信號(hào)不但能夠反映物質(zhì)微觀的分子超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程，而且可以反映分子的宏觀溫度信息，因此飛秒CARS是開(kāi)展氣體燃燒測(cè)溫的一種重要手段。
[0003]CARS光譜是測(cè)量火焰溫度的一種重要的方法，與傳統(tǒng)測(cè)溫方式相比具有更高的信噪比。常用的CARS裝置采用固定的普通透鏡，在對(duì)火焰進(jìn)行掃描的時(shí)候，需要對(duì)整個(gè)光路平臺(tái)進(jìn)行移動(dòng)，操作較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的光譜法測(cè)量火焰溫度存在信噪比低以及普通透鏡在對(duì)火焰進(jìn)行掃描的時(shí)候，需要對(duì)整個(gè)光路平臺(tái)進(jìn)行移動(dòng)，操作較復(fù)雜的問(wèn)題，而提出一種基于CARS光譜測(cè)量一維掃描火焰溫度的裝置。
[0005]一種基于CARS光譜測(cè)量一維掃描火焰溫度的裝置，包括:飛秒激光器、第一分束片、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第二分束片、第四反射鏡、光學(xué)參量放大器、第一時(shí)間延遲裝置、第二時(shí)間延時(shí)裝置、第五反射鏡、第六反射鏡、第七反射鏡、第一可移動(dòng)透鏡、火焰發(fā)生裝置、第二可移動(dòng)透鏡、光闌、第八反射鏡、第九反射鏡、透鏡、光纖耦合器件、光纖、光譜儀、CCD陣列探測(cè)器、計(jì)算機(jī)；
[0006]飛秒激光器射出激光，經(jīng)過(guò)第一分束片分成兩束，其中一束經(jīng)過(guò)第一反射鏡反射到達(dá)光學(xué)參量放大器，進(jìn)入第一時(shí)間延遲裝置，經(jīng)過(guò)第四反射鏡反射到達(dá)第一可移動(dòng)透鏡;
[0007]另一束經(jīng)過(guò)第二反射鏡到達(dá)第三反射鏡，經(jīng)過(guò)第三反射鏡反射到達(dá)第二分束片，被分成兩束，其中一束經(jīng)過(guò)第七反射鏡到達(dá)第六反射鏡，經(jīng)過(guò)第六反射鏡反射到達(dá)第一可移動(dòng)透鏡，另一束經(jīng)過(guò)第二時(shí)間延時(shí)裝置到達(dá)第五反射鏡，經(jīng)過(guò)第五反射鏡反射到達(dá)第一可移動(dòng)透鏡；
[0008]三束激光經(jīng)過(guò)第一可移動(dòng)透鏡聚焦在火焰發(fā)生裝置產(chǎn)生的火焰上的一點(diǎn)，產(chǎn)生CARS信號(hào)；
[0009]CARS信號(hào)及三束激光束經(jīng)過(guò)第二可移動(dòng)透鏡，轉(zhuǎn)化為平行光，到達(dá)光闌上，CARS信號(hào)通過(guò)光闌選取出來(lái)，經(jīng)過(guò)第八反射鏡反射到達(dá)第九反射鏡，經(jīng)過(guò)第九反射鏡反射到達(dá)透鏡，通過(guò)透鏡聚焦到光纖耦合器件中，通過(guò)光纖接入到光譜儀上，經(jīng)過(guò)CXD陣列探測(cè)器后，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；其中第一延時(shí)裝置、第二延時(shí)裝置、第一可移動(dòng)透鏡以及第二可移動(dòng)透鏡連接計(jì)算機(jī)。
[0010]發(fā)明效果
[0011]隨著超短脈沖激光技術(shù)的發(fā)展，幾十個(gè)飛秒的光學(xué)脈沖激光在非線(xiàn)性光學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用，使得研究物質(zhì)分子的宏觀溫度信息的飛秒相干反斯托克斯拉曼光譜技術(shù)成為可能。利用可調(diào)諧飛秒激光器系統(tǒng)搭建上述的CARS光譜探測(cè)系統(tǒng)，可以用來(lái)測(cè)繪高溫火焰的溫度分布，從而促使人們加深對(duì)燃燒的認(rèn)識(shí)，對(duì)于充分燃燒、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)等等有重要意義。本發(fā)明提供一種基于CARS光譜測(cè)量一維掃描火焰溫度的裝置采用可移動(dòng)透鏡，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火焰溫度信息的監(jiān)測(cè)。
[0012]常用的CARS裝置采用固定的普通透鏡，在對(duì)火焰進(jìn)行掃描的時(shí)候，需要對(duì)整個(gè)光路平臺(tái)進(jìn)行移動(dòng)，操作較復(fù)雜，故在一維方向上提出改進(jìn)，采用兩個(gè)可移動(dòng)透鏡實(shí)現(xiàn)一維方向上的掃描，操作簡(jiǎn)單，本裝置可測(cè)溫度范圍大300K?2400K，測(cè)量精度高，達(dá)到I %?3%，火焰單點(diǎn)測(cè)溫速率可達(dá)到IKHz甚至5KHz。
[0013]裝置實(shí)現(xiàn)操作如下:
[0014]1、搭建如圖所示光路。
[0015]2、啟動(dòng)激光器，調(diào)節(jié)出CARS信號(hào)。
[0016]3、同時(shí)移動(dòng)第一可移動(dòng)透鏡和第二可移動(dòng)透鏡相同距離，實(shí)現(xiàn)經(jīng)第一可移動(dòng)透鏡聚焦的三束光聚焦在火焰的左邊緣，并保證第二可移動(dòng)透鏡之后為平行光輸出。
[0017]4、通過(guò)計(jì)算機(jī)以微小固定間距同時(shí)移動(dòng)第一可移動(dòng)透鏡和第二可移動(dòng)透鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰一維方向上溫度的掃描。
[0018]5、4步驟中，每次移動(dòng)兩個(gè)可移動(dòng)透鏡后，計(jì)算機(jī)同步分析對(duì)應(yīng)的的CARS光譜數(shù)據(jù)，獲取一維方向上不同點(diǎn)的溫度信息，并對(duì)溫度信息以圖像形式顯示。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為基于菲涅耳透鏡和CARS光譜對(duì)火焰一維掃描測(cè)溫的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖中I為飛秒激光器、2為第一分束片、3為第一反射鏡、4為第二反射鏡、5為第三反射鏡、6為第二分束片、7為第四反射鏡、8為光學(xué)參量放大器、9為第一時(shí)間延遲裝置、10為第二時(shí)間延時(shí)裝置、11為第五反射鏡、12為第六反射鏡、13為第七反射鏡、14為第一可移動(dòng)透鏡、15為火焰發(fā)生裝置、16為第二可移動(dòng)透鏡、17為光闌、18為第八反射鏡、19為第九反射鏡、20為透鏡、21為光纖耦合器件、22為光纖、23為光譜儀、24為CXD陣列探測(cè)器、25為計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的所述的一種基于CARS光譜測(cè)量一維掃描火焰溫度的裝置，包括:飛秒激光器1、第一分束片2、第一反射鏡3、第二反射鏡4、第三反射鏡5、第二分束片6、第四反射鏡7、光學(xué)參量放大器8、第一時(shí)間延遲裝置9、第二時(shí)間延時(shí)裝置10、第五反射鏡11、第六反射鏡12、第七反射鏡13、第一可移動(dòng)透鏡14、火焰發(fā)生裝置15、第二可移動(dòng)透鏡16、光闌17、第八反射鏡18、第九反射鏡19、透鏡20、光纖親合器件21、光纖22、光譜儀23、CXD陣列探測(cè)器24、計(jì)算機(jī)25 ；
[0022]飛秒激光器I射出的激光，經(jīng)過(guò)第一分束片2分成兩束，其中一束經(jīng)過(guò)第一反射鏡3反射到達(dá)光學(xué)參量放大器8，在保證一定功率輸出的情況下，進(jìn)入第一時(shí)間延遲裝置9，經(jīng)過(guò)第四反射鏡7反射到達(dá)第一可移動(dòng)透鏡14 ;
[0023]另一束經(jīng)過(guò)第二反射鏡4到達(dá)第三反射鏡5，經(jīng)過(guò)第三反射鏡5反射到達(dá)第二分束片6，被分成兩束，其中一束經(jīng)過(guò)第七反射鏡13到達(dá)第六反射鏡12，經(jīng)過(guò)第六反射鏡12反射到達(dá)第一可移動(dòng)透鏡14，另一束經(jīng)過(guò)第二時(shí)間延時(shí)裝置10到達(dá)第五反射鏡11，經(jīng)過(guò)第五反射鏡11反射到達(dá)第一可移動(dòng)透鏡14 ;
[0024]三束激光經(jīng)過(guò)第一可移動(dòng)透鏡14的聚焦作用，聚焦在火焰發(fā)生裝置15產(chǎn)生的火焰上的一點(diǎn)，產(chǎn)生CARS信號(hào)；
[0025]CARS信號(hào)及三束激光束經(jīng)過(guò)第二可移動(dòng)透鏡16，轉(zhuǎn)化為平行光，到達(dá)光闌17上，CARS信號(hào)通過(guò)光闌17選取出來(lái)，經(jīng)過(guò)第八反射鏡18反射到達(dá)第九反射鏡19，經(jīng)過(guò)第九反射鏡19反射到達(dá)透鏡20，通過(guò)透鏡20聚焦到光纖耦合器件21中，通過(guò)光纖22接入到光譜儀23上，經(jīng)過(guò)CXD陣列探測(cè)器24后，由計(jì)算機(jī)25進(jìn)行處理；其中第一延時(shí)裝置9、第二延時(shí)裝置10、第一可移動(dòng)透鏡14以及第二可移動(dòng)透鏡16連接計(jì)算機(jī)25。
[0026]本實(shí)施方式效果:
[0027]隨著超短脈沖激光技術(shù)的發(fā)展，幾十個(gè)飛秒的光學(xué)脈沖激光在非線(xiàn)性光學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用，使得研究物質(zhì)分子的宏觀溫度信息的飛秒相干反斯托克斯拉曼光譜技術(shù)成為可能。利用可調(diào)諧飛秒激光器系統(tǒng)搭建上述的CARS光譜探測(cè)系統(tǒng)，可以用來(lái)測(cè)繪高溫火焰的溫度分布，從而促使人們加深對(duì)燃燒的認(rèn)識(shí)，對(duì)于充分燃燒、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)等等有重要意義。本發(fā)明提供一種基于CARS光譜測(cè)量一維掃描火焰溫度的裝置采用可移動(dòng)透鏡，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火焰溫度信息的監(jiān)測(cè)。
[0028]常用的CARS裝置采用固定的普通透鏡，在對(duì)火焰進(jìn)行掃描的時(shí)候，需要對(duì)整個(gè)光路平臺(tái)進(jìn)行移動(dòng)，操作較復(fù)雜，故在一維方向上提出改進(jìn)，采用兩個(gè)可移動(dòng)透鏡實(shí)現(xiàn)一維方向上的掃描，操作簡(jiǎn)單，本裝置可測(cè)溫度范圍大300K?2400K，測(cè)量精度高，達(dá)到I %?3%，火焰單點(diǎn)測(cè)溫速率可達(dá)到IKHz甚至5KHz。
[0029]裝置實(shí)現(xiàn)操作如下:
[0030]1、搭建如圖所示光路。
[0031]2、啟動(dòng)激光器，調(diào)節(jié)出CARS信號(hào)。
[0032]3、同時(shí)移動(dòng)第一可移動(dòng)透鏡和第二可移動(dòng)透鏡相同距離，實(shí)現(xiàn)經(jīng)第一可移動(dòng)透鏡聚焦的三束光聚焦在火焰的左邊緣，并保證第二可移動(dòng)透鏡之后為平行光輸出。
[0033]4、通過(guò)計(jì)算機(jī)以微小固定間距同時(shí)移動(dòng)第一可移動(dòng)透鏡和第二可移動(dòng)透鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰一維方向上溫度的掃描。
[0034]5、4步驟中，每次移動(dòng)兩個(gè)可移動(dòng)透鏡后，計(jì)算機(jī)同步分析對(duì)應(yīng)的的CARS光譜數(shù)據(jù)，獲取一維方向上不同點(diǎn)的溫度信息，并對(duì)溫度信息以圖像形式顯示。
[0035]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的第一可移動(dòng)透鏡14的中軸線(xiàn)上同軸設(shè)置第二可移動(dòng)透鏡16且二者沿光路方向依次設(shè)置。
[0036]其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:所述的飛秒激光器I射出與中軸線(xiàn)垂直的激光，激光經(jīng)過(guò)第一分束片2分成與其中軸線(xiàn)平行和垂直的兩束光，并分別射入與中軸線(xiàn)夾角呈45°的第一反射鏡3和第二反射鏡4 ；
[0038]第一分束片2分成的與中軸線(xiàn)平行的光束經(jīng)過(guò)第一反射鏡3反射到光學(xué)參量放大器8進(jìn)入第一時(shí)間延遲裝置9經(jīng)過(guò)第四反射鏡7反射到第一可移動(dòng)透鏡14 ;
[0039]第一分束片2分成的與中軸線(xiàn)垂直的光束經(jīng)過(guò)第二反射鏡4反射到第三反射鏡5 ;經(jīng)過(guò)第三反射鏡5的反射光線(xiàn)射入第二分束片6后分成與中軸線(xiàn)平行和垂直的兩束光。
[0040]其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0041]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:所述的飛秒激光器I為摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光器。
[0042]其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一