Cars光谱一维扫描测温装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种CARS光谱一维扫描测温装置。
【背景技术】
[0002]相干反斯托克斯拉曼光谱(CoherentAnt1-Stokes Raman Spectroscopy，简称CARS)是飞秒科学研究中一种重要的非线性光谱技术，利用飞秒激光脉冲作为栗浦光和斯托克斯光共同作用激发分子的拉曼振动模并通过时间延迟探测光探测被激发的分子拉曼振动模的时间演化，实验中探测得到的飞秒CARS信号不但能够反映物质微观的分子超快动力学过程，而且可以反映分子的宏观温度信息，因此飞秒CARS是开展气体燃烧测温的一种重要手段。
[0003]CARS光谱是测量火焰温度的一种重要的方法，与传统测温方式相比具有更高的信噪比。常用的CARS装置没有采用电致变焦透镜，而是使用普通的透镜，在对火焰进行扫描的时候，需要对整个光路平台进行移动，存在操作复杂的问题，需要进行改进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有的CARS装置采用固定的普通透镜，存在操作复杂的问题，而提出一种CARS光谱一维扫描测温装置。
[0005]—种CARS光谱一维扫描测温装置，它包括:飞秒激光器、第一分束片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第二分束片、第四反射镜、光学参量放大器、第一时间延迟装置、第二时间延时装置、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、电致变焦透镜、火焰发生装置、移动透镜、光阑、第八反射镜、第九反射镜、透镜、光纤親合器件、光纤、光谱仪、CCD阵列探测器、计算机和连续可调节电压源；其中，
[0006]飞秒激光器发射的激光，经过第一分束片分成第一束光和第二束光，其中，第一束光经过第一反射镜反射到达光学参量放大器，之后进入第一时间延迟装置，经过反射到达电致变焦透镜；第二束光经过第二反射镜和第三反射镜的反射到达第二分束片，被分成两束，其中一束经过第二时间延时装置和第五反射镜的反射到达电致变焦透镜，另一束经过第七反射镜和第六反射镜的反射到达电致变焦透镜；到达电致变焦透镜的三束光束产生的焦点位于火焰发生装置发出的火焰上，并产生CARS信号；CARS信号以及三束光束经过移动透镜转化为平行光，CARS信号通过光阑选取出来，经过第八反射镜和第九反射镜两次反射到达透镜，从而被聚焦到光纤耦合器件中，之后通过光纤输入到光谱仪中，之后通过CCD阵列探测器传输至计算机；且电致变焦透镜连接连续可调节电压源，第一延时装置、第二延时装置、移动透镜和连续可调节电压源连接计算机。
[0007]本发明的有益效果为:
[0008]随着超短脉冲激光技术的发展，几十个飞秒的光学脉冲激光在非线性光学中得到了广泛应用，使得研究物质分子的宏观温度信息的飞秒相干反斯托克斯拉曼光谱技术成为可能。利用可调谐飞秒激光器系统搭建上述的CARS光谱探测系统，可以用来测绘高温火焰的温度分布，从而促使人们加深对燃烧的认识，对于充分燃烧、改进发动机等等有重要意义。
[0009]提供了一种产生更高强度CARS信号的CARS光谱一维扫描测温装置，在一维方向上提出改进，采用电致变焦透镜，再通过移动火焰之后的透镜位置即可实现一维的扫描。与移动平台的方式相比，只需控制电致变焦透镜的电压就可以实现透过电致变焦透镜的三束光汇聚点在火焰横向方向上从左边移动到右边，完成对火焰的一维扫描，具有操作简单，容易实现的优点，本装置可测温度范围大:300K?2400K，测量精度高，达到1%?3%，火焰单点测量速率可达到IKHz甚至5ΚΗζ。
【附图说明】
[0010]图1为本发明CARS光谱一维扫描测温装置的结构示意图；
[0011]图中I为飞秒激光器、2为第一分束片、3为第一反射镜、4为第二反射镜、5为第三反射镜、6为第二分束片、7为第四反射镜、8为光学参量放大器、9为第一时间延迟装置、10为第二时间延时装置、11为第五反射镜、12为第六反射镜、13为第七反射镜、14为电致变焦透镜、15为火焰发生装置、16为移动透镜、17为光阑、18为第八反射镜、19为第九反射镜、20为透镜、21为光纤耦合器件、22为光纤、23为光谱仪、24为CXD阵列探测器、25为计算机、26为连续可调节电压源。
【具体实施方式】
[0012]【具体实施方式】一:
[0013]本实施方式的CARS光谱一维扫描测温装置，结合图1所示，它包括:飞秒激光器1、第一分束片2、第一反射镜3、第二反射镜4、第三反射镜5、第二分束片6、第四反射镜7、光学参量放大器8、第一时间延迟装置9、第二时间延时装置10、第五反射镜11、第六反射镜12、第七反射镜13、电致变焦透镜14、火焰发生装置15、移动透镜16、光阑17、第八反射镜
18、第九反射镜19、透镜20、光纤耦合器件21、光纤22、光谱仪23、(XD阵列探测器24、计算机25和连续可调节电压源26 ;其中，
[0014]飞秒激光器I发射的激光，经过第一分束片2分成第一束光和第二束光，其中，第一束光经过第一反射镜3反射到达光学参量放大器8，在保证一定功率输出的情况下，实现波长的可调谐之后进入第一时间延迟装置9，经过反射到达电致变焦透镜14 ;第二束光经过第二反射镜4和第三反射镜5的反射到达第二分束片6，被分成两束，其中一束经过第二时间延时装置10和第五反射镜11的反射到达电致变焦透镜14，另一束经过第七反射镜13和第六反射镜12的反射到达电致变焦透镜14 ;到达电致变焦透镜14的三束光束产生的焦点位于火焰发生装置15发出的火焰上的一点，并产生CARS信号；CARS信号以及三束光束经过移动透镜16转化为平行光，CARS信号通过光阑17选取出来，经过第八反射镜18和第九反射镜19两次反射到达透镜20，从而被聚焦到光纤耦合器件21中，之后通过光纤22输入到光谱仪23中，之后通过CXD阵列探测器24传输至计算机25，并由计算机25处理，进行实验测量；且电致变焦透镜14连接连续可调节电压源26，第一延时装置9、第二延时装置10、移动透镜16和连续可调节电压源26连接计算机25。
[0015]本实施例有益效果:
[0016]1、采用所述装置来观测高温火焰，信噪比高，能清楚地测绘出高温火焰的温度分布，从而促使人们加深对燃烧的认识，对于充分燃烧、改进发动机等等有重要意义。
[0017]2、本装置与移动平台的方式相比，只需控制电致变焦透镜的电压就可以实现透过电致变焦透镜的三束光汇聚点在火焰横向方向上从左边移动到右边，完成对火焰的一维扫描，具有操作简单，容易实现的优点。
[0018]3、本装置可测温度范围大:300K?2400Κ，测量精度高，达到1%?3%，火焰单点测量速率可达到IKHz甚至5ΚΗζ。
[0019]【具体实施方式】二:
[0020]与【具体实施方式】一不同的是，本实施方式的CARS光谱一维扫描测温装置，所述电致变焦透镜14的中轴线上同轴设置移动透镜16，且电致变焦透镜14和移动透镜16沿光路方向依次排列设置，火焰发生装置15设置于电致变焦透镜14和移动透镜16之间。
[0021]【具体实施方式】三:
[0022]与【具体实施方式】二不同的是，本实施方式的CARS光谱一维扫描测温装置，飞秒激光器I从电致变焦透镜14 一侧射出与中轴线垂直的激光，激光经过第一分束片2分成与中轴线平行和垂直的两束光，并分别射入与中轴线夹角呈45°的第一反射镜3和第二反射镜4。
[0023]【具体实施方式】四:
[0024]与【具体实施方式】二或三不同的是，本实施方式的CARS光谱一维扫描测温装置，与中轴线平行的光束经过第一反射镜3后得到与中轴线垂直的光束，之后经过光学参量放大器8后得到与中轴线垂直的光束，之后经过第一时间延迟装置9后得到与中轴线垂直的光束，之后经过第四反射镜7后得到与中轴线平行的光束，并射入电致变焦透镜14。
[0025]【具体实施方式】五:
[0026]与【具体实施方式】四不同的是，本实施方式的CARS光谱一维扫描测温装置，与中轴线垂直的光束经过第二反射镜4后得到与中轴线平行的光束，之后经过第三反射镜5后得到与中轴线垂直的光束，之后经过第二分束片6分成与中轴线垂直和平行的两束光，与中轴线平行的光经第七反射镜13和第六反射镜12后得到与中轴线平行的光，并射入电致变焦透镜14。
[0027]【具体实施方式】六:
[0028]与【具体实施方式】一、二、三或五不同的是，本实施方式的CARS光谱一维扫描测温装置，所述的飞秒激光器I为掺钛蓝宝石飞秒激光器。
[0029]【具体实施方式】七:
[0030]与【具体实施方式】六不同的是，本实施方式的CARS光谱一维扫描测温装置，所述的掺钛蓝宝石飞秒激光器输出脉宽约40fs，中心波长800nm。
[0031]【具体实施方式】八:
[0032]与【具体实施方式】一、二、三、五或七不同的是，本实施方式的CARS光谱一维扫描测温装置，所述的光学参量放大器8，选择1PAS-800-fs-VIS中的SHS配置。
[0033]【具体实施方式】九:
[0034]与【具体实施方式】八不同的是，本实施方式的CARS