飛秒單脈沖CPP-CARS光譜燃燒測(cè)溫研究.pdf

1、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS,Coherent anti-Stokes Raman scattering)光譜技術(shù)是目前重要的激光診斷技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于高溫以及超高溫氣體或者高溫以及超高溫火焰的溫度測(cè)量及氣體濃度測(cè)量。隨著飛秒激光光源的發(fā)明和發(fā)展，飛秒激光光源逐漸應(yīng)用于CARS光譜技術(shù)，飛秒CARS光譜技術(shù)應(yīng)用于燃燒場(chǎng)溫度的測(cè)量較通常的納秒CARS具有諸如時(shí)間分辨等更多優(yōu)點(diǎn)，然而單純的飛秒CARS光譜存在光譜分辨率比較低的缺點(diǎn)，

2、為了提高飛秒CARS光譜技術(shù)的光譜分辨率，發(fā)展了一種新型的飛秒單脈沖CARS光譜技術(shù)，飛秒單脈沖CARS光譜技術(shù)相較于其他的激光診斷技術(shù)以及納秒CARS具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，包括信號(hào)強(qiáng)度高，時(shí)空分辨率高、信號(hào)采集效率高、可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量等，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)火焰的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析，在燃燒測(cè)溫領(lǐng)域具有更廣闊的前景和更大的潛力。本文利用飛秒單脈沖啁啾探測(cè)脈沖CARS(Chirped Probe Pulse CARS,CPP-CARS)光譜從理論和實(shí)驗(yàn)

3、兩方面開(kāi)展了包括穩(wěn)態(tài)低溫空氣流場(chǎng)和穩(wěn)態(tài)高溫Hencken火焰的溫度測(cè)量研究工作。
　　理論上，通過(guò)引入物質(zhì)方程和介質(zhì)極化率進(jìn)行逐步理論計(jì)算，獲得耦合波方程，經(jīng)過(guò)求解，獲得CARS光譜強(qiáng)度的表達(dá)式，并可獲得對(duì)應(yīng)的理論相位匹配關(guān)系，從而通過(guò)構(gòu)建三束光以及分子響應(yīng)的模型以及二者的相互作用，構(gòu)建出飛秒單脈沖CARS理論模型；并分析了實(shí)驗(yàn)中重要參量對(duì)飛秒單脈沖CARS模型的影響。
　　實(shí)驗(yàn)上，搭建了滿(mǎn)足相位匹配方案的精確CARS實(shí)驗(yàn)平

4、臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)如下過(guò)程，泵浦光脈沖(~40fs)和斯托克斯光脈沖(~40fs)同時(shí)到達(dá)探測(cè)火焰，并激發(fā)多個(gè)拉曼躍遷，這些躍遷開(kāi)始同相位振蕩，而且每個(gè)躍遷都是以自己的本征頻率進(jìn)行振蕩，躍遷頻率有輕微的不同從而發(fā)生相干并且整個(gè)拉曼相干以特定形式衰減，引入啁啾的探測(cè)光脈沖和拉曼相干相互作用，從而產(chǎn)生CARS信號(hào)，通過(guò)在光路中插入玻璃棒實(shí)啁啾的探測(cè)光脈沖，將探測(cè)光展寬到皮秒量級(jí)，并將反應(yīng)溫度的時(shí)域拉曼相干映射到CARS信號(hào)的頻譜，從而獲得不同溫度