一种基于cars光谱测量一维扫描火焰温度的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量火焰温度的装置，尤其涉及基于CARS光谱对火焰一维扫描测温的装置。
【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装置采用固定的普通透镜，在对火焰进行扫描的时候，需要对整个光路平台进行移动，操作较复杂。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有的光谱法测量火焰温度存在信噪比低以及普通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，操作较复杂的问题，而提出一种基于CARS光谱测量一维扫描火焰温度的装置。
[0005]一种基于CARS光谱测量一维扫描火焰温度的装置，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、第一可移动透镜、火焰发生装置、第二可移动透镜、光阑、第八反射镜、第九反射镜、透镜、光纤耦合器件、光纤、光谱仪、CCD阵列探测器、计算机；
[0006]飞秒激光器射出激光，经过第一分束片分成两束，其中一束经过第一反射镜反射到达光学参量放大器，进入第一时间延迟装置，经过第四反射镜反射到达第一可移动透镜;
[0007]另一束经过第二反射镜到达第三反射镜，经过第三反射镜反射到达第二分束片，被分成两束，其中一束经过第七反射镜到达第六反射镜，经过第六反射镜反射到达第一可移动透镜，另一束经过第二时间延时装置到达第五反射镜，经过第五反射镜反射到达第一可移动透镜；
[0008]三束激光经过第一可移动透镜聚焦在火焰发生装置产生的火焰上的一点，产生CARS信号；
[0009]CARS信号及三束激光束经过第二可移动透镜，转化为平行光，到达光阑上，CARS信号通过光阑选取出来，经过第八反射镜反射到达第九反射镜，经过第九反射镜反射到达透镜，通过透镜聚焦到光纤耦合器件中，通过光纤接入到光谱仪上，经过CXD阵列探测器后，由计算机进行处理；其中第一延时装置、第二延时装置、第一可移动透镜以及第二可移动透镜连接计算机。
[0010]发明效果
[0011]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。本发明提供一种基于CARS光谱测量一维扫描火焰温度的装置采用可移动透镜，实现了对火焰温度信息的监测。
[0012]常用的CARS装置采用固定的普通透镜，在对火焰进行扫描的时候，需要对整个光路平台进行移动，操作较复杂，故在一维方向上提出改进，采用两个可移动透镜实现一维方向上的扫描，操作简单，本装置可测温度范围大300K?2400K，测量精度高，达到I %?3%，火焰单点测温速率可达到IKHz甚至5KHz。
[0013]装置实现操作如下:
[0014]1、搭建如图所示光路。
[0015]2、启动激光器，调节出CARS信号。
[0016]3、同时移动第一可移动透镜和第二可移动透镜相同距离，实现经第一可移动透镜聚焦的三束光聚焦在火焰的左边缘，并保证第二可移动透镜之后为平行光输出。
[0017]4、通过计算机以微小固定间距同时移动第一可移动透镜和第二可移动透镜实现对火焰一维方向上温度的扫描。
[0018]5、4步骤中，每次移动两个可移动透镜后，计算机同步分析对应的的CARS光谱数据，获取一维方向上不同点的温度信息，并对温度信息以图像形式显示。
【附图说明】
[0019]图1为基于菲涅耳透镜和CARS光谱对火焰一维扫描测温的装置的结构示意图；
[0020]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为第一可移动透镜、15为火焰发生装置、16为第二可移动透镜、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。
【具体实施方式】
[0021]【具体实施方式】一:本实施方式的所述的一种基于CARS光谱测量一维扫描火焰温度的装置，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、第一可移动透镜14、火焰发生装置15、第二可移动透镜16、光阑17、第八反射镜18、第九反射镜19、透镜20、光纤親合器件21、光纤22、光谱仪23、CXD阵列探测器24、计算机25 ；
[0022]飞秒激光器I射出的激光，经过第一分束片2分成两束，其中一束经过第一反射镜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，进入第一时间延迟装置9，经过第四反射镜7反射到达第一可移动透镜14 ;
[0023]另一束经过第二反射镜4到达第三反射镜5，经过第三反射镜5反射到达第二分束片6，被分成两束，其中一束经过第七反射镜13到达第六反射镜12，经过第六反射镜12反射到达第一可移动透镜14，另一束经过第二时间延时装置10到达第五反射镜11，经过第五反射镜11反射到达第一可移动透镜14 ;
[0024]三束激光经过第一可移动透镜14的聚焦作用，聚焦在火焰发生装置15产生的火焰上的一点，产生CARS信号；
[0025]CARS信号及三束激光束经过第二可移动透镜16，转化为平行光，到达光阑17上，CARS信号通过光阑17选取出来，经过第八反射镜18反射到达第九反射镜19，经过第九反射镜19反射到达透镜20，通过透镜20聚焦到光纤耦合器件21中，通过光纤22接入到光谱仪23上，经过CXD阵列探测器24后，由计算机25进行处理；其中第一延时装置9、第二延时装置10、第一可移动透镜14以及第二可移动透镜16连接计算机25。
[0026]本实施方式效果:
[0027]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。本发明提供一种基于CARS光谱测量一维扫描火焰温度的装置采用可移动透镜，实现了对火焰温度信息的监测。
[0028]常用的CARS装置采用固定的普通透镜，在对火焰进行扫描的时候，需要对整个光路平台进行移动，操作较复杂，故在一维方向上提出改进，采用两个可移动透镜实现一维方向上的扫描，操作简单，本装置可测温度范围大300K?2400K，测量精度高，达到I %?3%，火焰单点测温速率可达到IKHz甚至5KHz。
[0029]装置实现操作如下:
[0030]1、搭建如图所示光路。
[0031]2、启动激光器，调节出CARS信号。
[0032]3、同时移动第一可移动透镜和第二可移动透镜相同距离，实现经第一可移动透镜聚焦的三束光聚焦在火焰的左边缘，并保证第二可移动透镜之后为平行光输出。
[0033]4、通过计算机以微小固定间距同时移动第一可移动透镜和第二可移动透镜实现对火焰一维方向上温度的扫描。
[0034]5、4步骤中，每次移动两个可移动透镜后，计算机同步分析对应的的CARS光谱数据，获取一维方向上不同点的温度信息，并对温度信息以图像形式显示。
[0035]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的第一可移动透镜14的中轴线上同轴设置第二可移动透镜16且二者沿光路方向依次设置。
[0036]其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
[0037]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:所述的飞秒激光器I射出与中轴线垂直的激光，激光经过第一分束片2分成与其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 ；
[0038]第一分束片2分成的与中轴线平行的光束经过第一反射镜3反射到光学参量放大器8进入第一时间延迟装置9经过第四反射镜7反射到第一可移动透镜14 ;
[0039]第一分束片2分成的与中轴线垂直的光束经过第二反射镜4反射到第三反射镜5 ;经过第三反射镜5的反射光线射入第二分束片6后分成与中轴线平行和垂直的两束光。
[0040]其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。
[0041]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:所述的飞秒激光器I为掺钛蓝宝石飞秒激光器。
[0042]其它步骤及参数与【具体实施方式】一至三之一