一種基于cars光譜的測溫裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種探測火焰溫度的測溫裝置。
【背景技術】
[0002]隨著超短脈沖激光技術的發(fā)展，幾十個飛秒的光學脈沖激光在非線性光學中得到了廣泛應用，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光譜探測系統(tǒng)，可以用來測繪高溫火焰的溫度分布，從而促使人們加深對燃燒的認識，對于充分燃燒、改進發(fā)動機等等有重要意義。
[0003]相干反斯托克斯拉曼光譜(CoherentAnt1-Stokes Raman Spectroscopy，簡稱CARS)是飛秒科學研究中一種重要的非線性光譜技術，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)分子的拉曼振動模并通過時間延遲探測光探測被激發(fā)的分子拉曼振動模的時間演化，實驗中探測得到的飛秒CARS信號不但能夠反映物質(zhì)微觀的分子超快動力學過程，而且可以反映分子的宏觀溫度信息，因此飛秒CARS是開展氣體燃燒測溫的一種重要手段。
[0004]CARS光譜是測量火焰溫度的一種重要的方法，與傳統(tǒng)測溫方式相比具有更高的信噪比。常用的CARS裝置在對火焰進行測量時，采用普通透鏡對三束光進行聚焦，使用普通的凸透鏡，會出現(xiàn)邊角變暗、模糊的現(xiàn)象，這是因為光的折射只發(fā)生在介質(zhì)的交界面，凸透鏡片較厚，光在玻璃中直線傳播的部分會使得光線衰減，從而減弱光束的光強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的CARS光譜法測量火焰溫度存在信噪比低的問題。
[0006]一種基于CARS光譜的測溫裝置，包括:
[0007]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、光學參量放大器即(OPA)8、第一時間延遲裝置9、第二時間延時裝置10、第五反射鏡11、第六反射鏡12、第七反射鏡13、第一透鏡14、火焰發(fā)生裝置15、第二透鏡16、光闌17、第八反射鏡18、第九反射鏡19、第三透鏡20、光纖耦合器件21、光纖22、光譜儀23、第一 CXD陣列探測器24、計算機25，第一激光整形裝置26、第二激光整形裝置27、第三分束片28、第四分束片29、第二 CXD陣列探測器30、第三CXD陣列探測器31 ;
[0008]飛秒激光器I出射的激光，經(jīng)過第一分束片2分成兩束，分別為A和B ;
[0009]其中一束A經(jīng)過第一反射鏡3反射到達光學參量放大器8 (在保證一定功率輸出的情況下，實現(xiàn)波長的可調(diào)諧)，經(jīng)過光學參量放大器8后進入第一時間延遲裝置9，經(jīng)過第四反射鏡7反射到達第一透鏡14 ;
[0010]另一束B經(jīng)過第二反射鏡4和第三反射鏡5到達第二分束片6，被分成兩束，C和D ；
[0011]其中一束C經(jīng)過第六反射鏡12和第七反射鏡13反射后進入第一激光整形裝置26，然后到達第三分束片28，分成兩束，E和F ;
[0012]E到達第一透鏡14 ;F進入第二 CXD陣列探測器30 ;
[0013]另一束D經(jīng)過第二時間延時裝置10后，由第五反射鏡11反射后，進入第二激光整形裝置27，然后到達第四分束片29，分成兩束，G和H ;
[0014]G到達第一透鏡14 ;H進入第三CXD陣列探測器31 ;
[0015]A、E和G平行照射到第一透鏡14，A、E和G與第一透鏡14所在的平面垂直；
[0016]A、E和G透過第一透鏡14后聚焦在火焰發(fā)生裝置15產(chǎn)生的火焰上的一點，產(chǎn)生CARS信號(CARS信號光束);
[0017]CARS信號及A、E和G三束光束經(jīng)過第二透鏡16，轉(zhuǎn)化為平行光，到達光闌17 ;
[0018]CARS信號通過光闌17選取出來，經(jīng)過第八反射鏡18和第九反射鏡19兩次反射，到達第三透鏡20，從而被聚焦到光纖耦合器件21中，通過光纖22接入到光譜儀23上，進入第一 CXD陣列探測器24 ;
[0019]其中第一延時裝置9、第二延時裝置10、第一 CXD陣列探測器24、第二 CXD陣列探測器30、第三CXD陣列探測器31、第一激光整形裝置26和第二激光整形裝置27電連計算機25。
[0020]計算機25通過第二 CXD陣列探測器30、第三CXD陣列探測器31的反饋控制第一激光整形裝置26和第二激光整形裝置27。
[0021]所述的第一透鏡14第二透鏡16和第三透鏡20為普通透鏡或者菲涅爾透鏡。
[0022]本發(fā)明包括以下有益效果:
[0023]本發(fā)明中第二 CXD陣列探測器30、第三CXD陣列探測器31的將信息反饋給計算機25，計算機25根據(jù)反饋信息通過第一激光整形裝置26和第二激光整形裝置27調(diào)整光束，可以提高信噪比。而且本發(fā)明中通過分束片將整形脈沖分成兩束，其中一束由CCD探測連接到電腦，可以實時探測整形效果，為實驗調(diào)整和數(shù)，據(jù)處理提供依據(jù)。相比現(xiàn)有的CARS光譜法測量火焰溫度的方法，采用本發(fā)明所述裝置來觀測高溫火焰的信噪比提高約30%。
[0024]本發(fā)明裝置可測溫度范圍大，溫度范圍為300K?2400K，測量精度高，測量誤差最大不超過3%，由于激光器工作頻率，可使火焰單點測溫速率可達到IKHz甚至5KHz。
[0025]本發(fā)明所述的第一透鏡14第二透鏡16為菲涅爾透鏡時不但可以進一步提高信噪比，而且能解決現(xiàn)有的CARS光譜法測量火焰溫度的裝置中普通透鏡存在的光線強度衰減導致的邊角變暗、模糊的現(xiàn)象，增加CARS信號光強5%，還能夠消除部分球形像差。
[0026]采用本發(fā)明所述裝置來觀測高溫火焰，信噪比高，能清楚地測繪出高溫火焰的溫度分布，從而促使人們加深對燃燒的認識，對于充分燃燒、改進發(fā)動機等等有重要意義。
【附圖說明】
[0027]圖1為一種基于CARS光譜的測溫裝置的結(jié)構示意圖；
[0028]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為光學參量放大器、9為第一時間延遲裝置、10為第二時間延時裝置、11為第五反射鏡、12為第六反射鏡、13為第七反射鏡、14為第一透鏡、15為火焰發(fā)生裝置、16為第二透鏡、17為光闌、18為第八反射鏡、19為第九反射鏡、20為第三透鏡、21為光纖耦合器件、22為光纖、23為光譜儀、24為第一 CXD陣列探測器、25為計算機，26為第一激光整形裝置、27為第二激光整形裝置、28為第三分束片、29為第四分束片、30為第二 CXD陣列探測器、31為第三CXD陣列探測器；
[0029]圖2為一種基于CARS光譜的測溫裝置的結(jié)構示意圖(第一透鏡14和第二透鏡16為菲涅爾透鏡)。
【具體實施方式】
[0030]【具體實施方式】一、結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，
[0031]一種基于CARS光譜的測溫裝置，包括:
[0032]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、光學參量放大器(OPA) 8、第一時間延遲裝置9、第二時間延時裝置10、第五反射鏡11、第六反射鏡12、第七反射鏡13、第一透鏡14、火焰發(fā)生裝置15、第二透鏡16、光闌17、第八反射鏡18、第九反射鏡19、第三透鏡20、光纖耦合器件21、光纖22、光譜儀23、第一 CXD陣列探測器24、計算機25，第一激光整形裝置26、第二激光整形裝置27、第三分束片28、第四分束片29、第二 CXD陣列探測器30、第三CXD陣列探測器31 ;
[0033]飛秒激光器I出射的激光，經(jīng)過第一分束片2分成兩束，分別為A和B ;
[0034]其中一束A經(jīng)過第一反射鏡3反射到達光學參量放大器8 (在保證一定功率輸出的情況下，實現(xiàn)波長的可調(diào)諧)，經(jīng)過光學參量放大器8后進入第一時間延遲裝置9，經(jīng)過第四反射鏡7反射到達第一透鏡14 ;
[0035]另一束B經(jīng)過第二反射鏡4和第三反射鏡5到達第二分束片6，被分成兩束，C和D ；
[0036]其中一束C經(jīng)過第六反射鏡12和第七反射鏡13反射后進入第一激光整形裝置26，然后到達第三分束片28，分成兩束，E和F ;
[0037]E到達第一透鏡14 ;F進入第二 CXD陣列探測器30 ;
[0038]另一束D經(jīng)過第二時間延時裝置10后，由第五反射鏡11反射后，進入第二激光整形裝置27，然后到達第四分束片29，分成兩束，G和H ;
[0039]G到達第一透鏡14 ;H進入第三CXD陣列探測器31 ;
[0040]A、E和G平行照射到第一透鏡14，A、E和G與第一透鏡14所在的平面垂直；
[0041]A、E和G透過第一透鏡14后聚焦在火焰發(fā)生裝置15產(chǎn)生的火焰上的一點，產(chǎn)生CARS信號(CARS信號光束);
[0042]CARS信號及A、E和G三束光束經(jīng)過第二透鏡16，轉(zhuǎn)化為平行光，到達光闌17 ;