飛秒單脈沖CPP-CARS光譜燃燒測溫研究.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量及氣體濃度測量。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用于CARS光譜技術(shù)，飛秒CARS光譜技術(shù)應用于燃燒場溫度的測量較通常的納秒CARS具有諸如時間分辨等更多優(yōu)點，然而單純的飛秒CARS光譜存在光譜分辨率比較低的缺點，

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，包括信號強度高，時空分辨率高、信號采集效率高、可以實現(xiàn)實時測量等，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對火焰的動態(tài)監(jiān)測與分析，在燃燒測溫領(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脈沖CARS(Chirped Probe Pulse CARS,CPP-CARS)光譜從理論和實驗

3、兩方面開展了包括穩(wěn)態(tài)低溫空氣流場和穩(wěn)態(tài)高溫Hencken火焰的溫度測量研究工作。
　　理論上，通過引入物質(zhì)方程和介質(zhì)極化率進行逐步理論計算，獲得耦合波方程，經(jīng)過求解，獲得CARS光譜強度的表達式，并可獲得對應的理論相位匹配關(guān)系，從而通過構(gòu)建三束光以及分子響應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；并分析了實驗中重要參量對飛秒單脈沖CARS模型的影響。
　　實驗上，搭建了滿足相位匹配方案的精確CARS實驗平

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