飛秒相干反斯托克斯拉曼散射光譜測溫研究進展

云 勝, 章 媛, 張 盛, 張志斌, 鄧巖巖, 田 亮, 劉照虹,劉 碩, 張 勇, 王雨雷, 呂志偉, 夏元欽, *

1. 河北工業大學先進激光技術研究中心, 天津 300401

2. 河北省先進激光與裝備重點實驗室, 天津 300401

3. 河北工業大學能源與環境工程學院, 天津 300401

4. 哈爾濱工業大學可調諧激光技術國家重點實驗室, 黑龍江 哈爾濱 150001

引 言

近些年, 隨著超短脈沖激光技術的不斷發展與成熟, 其在研究分子超快動力學[1], 生物顯微成像[2], 以及燃燒診斷等領域得到廣泛的應用, 特別是在高溫湍流燃燒場的溫度測量中, 具有重要的應用價值。 當今世界大約90%的能量供應都是由燃燒生成的。 目前, 對于高溫燃燒場常用的非接觸式測溫方法中主要為輻射法測溫和光譜法測溫。 輻射測溫法響應速度快, 靈敏度高, 能夠較好地實現對高溫目標、 較小目標的溫度測量, 目前已經應用到城市生活垃圾和木材燃燒火焰以及火箭燃燒室的溫度測量[3-5]。 基于激光光譜的測溫方法中, 飛秒相干反斯托克斯拉曼散射(coherent Anti-Stokes Raman scattering, CARS)測溫技術以其準確度高、 靈敏度好、 測量溫度范圍大、 時間分辨率高、 空間分辨率高等特點, 被應用于湍流、 高溫、 超聲速變化等復雜惡劣的燃燒環境中。 本文對飛秒相干反斯托克斯拉曼散射測溫技術在各種燃燒場中的測溫應用研究進展進行了綜述, 期望能夠為高溫湍流火焰溫度的測量方法提供參考。

1 飛秒CARS光譜測溫技術的基本原理

飛秒相干反斯托克斯拉曼散射測溫技術的主要步驟包括建立CARS光譜理論模型、 搭建CARS光譜測溫實驗系統, 并獲得測量目標的CARS光譜、 對理論光譜模型和實驗光譜進行擬合得出溫度信息。……