飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温研究进展

当今世界大约90%的能量供应都是由燃烧生成的。在燃烧场中,火焰的温度影响着场中各种组分链式反应的途径和浓度,获取燃烧场温度信息可以为提高燃料燃烧效率,改进燃烧装置的设计提供重要的支撑依据。随着我国在航空、航天和航海这类高端制造业领域的不断发展,各种大型燃气轮机和超声速发动机的研发进入加速期,此类燃烧装置产生的火焰具有高温、高压、湍流超声速和持续时间短等特点。传统的接触式测温法难以对这类湍流燃烧场进行温度测量,近年以激光光谱法为代表的非接触式测温技术逐渐走向成熟,并获得了广泛地应用。与超短脉冲相结合的飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温技术凭借可提供高时间分辨率(每秒可提供上千个测温数据)、高测温精度和高测温灵敏度等优势而被应用到各种高温、湍流等复杂燃烧场景温度诊断中。文章概述了飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理,综述了该技术在稳态火焰、加热气体、模拟燃气轮机等燃烧环境中测温工作的研究进展,简要介绍了飞秒时间分辨相干反斯托克斯拉曼光谱的研究和应用,着重介绍了可以实现毫秒量级时间分辨率的飞秒啁啾探测脉冲相干反斯托克斯拉曼散射测温技术和混合飞秒/皮秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理和应用进展。指出了三种测温技术的优缺点,并提出飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术目前需要关注并解决的技术问题,主要为在高温高压湍流燃烧等极端条件下实现高精度CARS光谱高保真反演出温度信息,以及高温高压湍流燃烧场极端条件下如何获得高信噪比CARS信号的问题。展望了今后的发展趋势:通过高时间分辨的测量,获得湍流火焰中温度的瞬时演化规律,并建立各种复杂火焰的温度演化信息数据库,为研究各种发动机机理提供支撑。

锥形微纳光纤激发相干反斯托克斯拉曼散射光谱研究

从数值仿真和实验测量方面验证了使用锥形微纳光纤代替聚焦物镜产生相干拉曼散射信号的可行性。通过数值计算以及实验测量分析了超短脉冲在锥形微纳光纤中的传输特性,证明锥区长度为5cm的锥形微纳光纤可以有效保证超短脉冲在其中传输时的时域和谱域特性,并且功率衰减较小,850~1100nm波长范围内的实测插入损耗最大值不超过1.05dB,平均值0.84dB。然后,使用锥形微纳光纤成功探测到环己烷在2853cm^(-1)位置处的拉曼共振峰,证明了使用锥形微纳光纤激发相干拉曼光谱的可行性。使用锥形微纳光纤激发相干拉曼光谱具有信号激发灵活方便,摆脱了传统空间光学的约束,为相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)系统在内窥成像领域和微创检测领域的发展提供了一种新的途径。

相干反斯托克斯喇曼散射光谱的理论计算

介绍了 CARS光谱模拟计算的公式推导 ,给出了 CARS光谱计算的理论计算公式 。

宽带相干反斯托克斯喇曼散射法诊断固体燃剂燃烧场

报道了采用单次脉冲非稳腔空间增强探测-相干反斯托克斯喇曼散射(USEDCARS)技术诊断常压下固体燃剂瞬态燃烧场温度和氮气浓度。采用宽带USEDCARS技术,在固体燃剂瞬态燃烧场获得了较高信噪比的单次激光脉冲氮气Q支CARS实验谱,用CARS理论计算软件拟合CARS实验谱,给出了固体燃剂瞬态燃烧场温度和氮气浓度在不同高度的分布,固体燃剂燃烧场温度约2250K、氮气相对浓度16%～20%。

液相硝基甲烷分子振动特性的相干反斯托克斯拉曼散射光谱

构建时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)光谱系统,从微观层次研究硝基甲烷的分子相干振动动力学特性.实验中采用超连续白光作为斯托克斯光,通过调整斯托克斯光的时间延迟,得到不同振动模式的CARS光谱.通过对振动弛豫曲线的拟合,获得硝基甲烷分子不同振动模式的振动失相时间.结果表明C-H键伸缩振动比C-N键伸缩振动更容易受热声子的影响.在热加载下,硝基甲烷分子的C-H键有望首先被激发并引起初始化学反应.

相干反斯托克斯喇曼光谱单脉冲测量火焰温度

根据火箭发动机燃烧流场诊断的需要 ,介绍了一种非接触式的光学诊断技术———相干反斯托克斯喇曼光谱 (简称CARS)。从理论上分析了温度、浓度和压力对CARS光谱线型的影响 ;对单脉冲和多脉冲测量的方法进行了比较 ;在平面火焰炉上对液化石油气 /空气的预混火焰进行了氮分子CARS测温实验 ,对实验结果进行了分析 ,并对下一步的工作提出了设想。

扫描相干反斯托克斯喇曼显微镜

在生物学和应用显微术领域中进行的那些工作，表明对确定细胞和亚细胞规模（〈1μm）的样品中特殊分子种类的空间分布的能力相当感兴趣。利用调谐到特征振动频率的红外辐射能够很好地识别不同的化学种娄．但它的空间分辨率被红外光的波长所限制、约为几个微米。通常不能分辨细胞或较小的结构。用着色法或用可见光、紫外光照明荧光剂能获得较好的化学种类的空间分辨率，但这些技术仅仅限于某些物质，并且需要把药剂引入样品中。

氢中后向一、二阶反斯托克斯受激喇曼散射

本文观察到氢的后向一、二阶反斯托克斯受激喇曼散射,分析了它们产生的机理,并比较了前向和后向受激喇曼散射的特性。

基于光纤后向喇曼散射特性的构筑物温度监测系统

根据光电子理论,设计由脉冲发生器、LD光源、1×3路双工器、可控恒温槽、光纤、干涉型波分复用器、快速微光功率计和数据采集分析系统组成的实验装置,进行光纤喇曼散射技术用于铁道工程构筑物温度的监测研究。后向斯托克斯与反斯托克斯光强都随温度升高呈线性增长;反斯托克斯光的温度响应明显强于斯托克斯光,且光纤传感器缠绕长度为15 m时,光强响应最为明显,所测得的温度值与实际值最为接近,测量相对误差约为±1.5%,时间响应不大于4.5 s。工程实际应用结果表明:系统的光纤传感器检测的最大相对误差不超过±2%,响应时间不超过9 s,温度变化点定位基本准确,满足工程设计的要求。

液氮的受激喇曼散射研究

本文使用染料调Q红宝石激光激励液氮的受激喇曼散射,观察到一级斯托克斯、一级反斯托克斯和二级反斯托克斯线,测得散射光的喇曼频移、线宽、能量转换率和退偏振度等参数,并对所得结果进行了讨论。

利用受激喇曼散射测量豆油中苯的含量

用受激喇曼散射实验对含微量笨的豆油标准液进行测量,得出受激喇曼散射光强度与豆油中苯的含量成正比例关系.

激光喇曼散射的速率方程理论

本文撇开了虚能级的概念,用碰撞理论和速率方程理论来分析和讨论喇曼散射的产生过程及其散射光强度与入射光强度的关系,并从理论上解释了受激喇曼散射效应及其一些特点。

单模光纤分布式喇曼温度传感系统设计

文章作者在对光纤背向喇曼散射温度效应进行理论分析的基础上,对基于反斯托克斯/斯托克斯散射光强比值型的光纤分布式喇曼温度传感系统作了详细的研究,对系统主要器件的要求进行了计算,研制了基于单模光纤的5 km分布式温度传感器。实验表明,系统能精确地进行分布式测温,温度分辨率为1℃,空间分辨率为2 m。

聚合物电致发光器件工作层热效应的喇曼光谱研究

以喇曼光谱和红外测温仪为表征手段,研究了聚合物电致发光器件在施加不同电流密度的工作条件下器件内部热效应对器件老化的影响.通过实验得到器件内发光层的斯托克斯喇曼信号和反斯托克斯喇曼信号强度的比值,代入波尔兹曼方程计算得到该层对应的温度,从而达到精确测量器件内部工作温度的目的.通过对器件施加0～169mA/cm2的电流密度,发现器件内部工作温度逐渐升高,最终达到有机层的玻璃化转变温度后,发光层材料发生相变,变成游离状的液态,这种状态不稳定,造成发光层材料的局部缺陷,使得器件阴阳极短接导致器件短路,从而发光失败.实验表明喇曼光谱是一种探测薄膜器件内部工作层温度的有效手段.

东方科学界的奇才——喇曼

每天不浪费、不虛度或不空掷剩余的一点点时间,哪怕只有五六分钟,如果安排得当,也同样可以取得很大的成就。若游手好闲惯了,即使有天赋,也决不会所有作为。

光散射

O437.2 96021041 化学激励钠原子相干反斯托克斯受激喇曼散射=Coherent anti-Stokes stimulated Ramanscattering of Ma atoms by using chemicalstimulated[刊,中]/孙程远(衡阳师专物理系。湖南,衡阳(421008))∥光电子。激光。—1995,6(4)。—245—248 采用小功率He-Ne激光器及化学激励的方法,首次观察到了溶液中的钠原子反斯托克斯受激喇曼散射谱线双频移效应,并讨论了它的产生条件。

光散射

O437.2 95010309逆康普顿散射=Anti-Compton scattering[刊,中]/王忠(天津轻工业学院基科系)//大学物理.— 1994,13(9).—33—35从光量子理论出发,利用康普顿散射频移公式和多普勒频移公式,光行差效应方程,讨论了逆康普顿散射。图1参7(严兰)O437.2 95010310掺铒光纤中的后向瑞利散射的研究=Study ofRayleigh backscattering in erbium-dopedfibers[刊,中]/安浩哲,庞勇,蒋佩璇,王庆海。

LDS751染料的受激喇曼散射

报道了用 5 32nm激光抽运LDS75 1染料产生 72 0— 780nm可调谐染料激光输出的同时 ,观察到喇曼频移为 10 2和 45cm- 1 的反斯托克斯线 ,前者谱线较强 ,后者较弱 .与这两条强线对应的斯托克斯线未能观察到 .另外 ,还观察到喇曼频移为 34cm- 1

一种新的基于喇曼散射的分布式温度测量方法

本文根据反斯托克斯光光强随温度变化较大的原理 ,结合高灵敏度点式温度计 ,提出了利用单路反斯托克斯光信号进行分布式温度测量的方法 ,并通过理论分析得到其温度补偿系数 ,使实际系统的温度测量误差达到± 1℃ ,从而降低了系统的成本和复杂程度。

宽带CARS在诊断固体推进剂燃烧场中的应用

为了测量固体推进剂燃烧场温度和氮气组分的浓度,建立了10H z重复频率运转的宽带CARS实验系统。结果表明,氮气CARS谱测量温度的相对不确定度优于4%;在较低浓度范围内,测量组分浓度的相对不确定度优于5%。采用宽带CARS技术测量了常压和2M Pa背景压力下固体推进剂燃烧场,获得了较高信噪比的单次脉冲氮气CARS实验谱,用CARS理论计算软件拟合CARS实验谱给出了固体推进剂瞬态燃烧场温度和氮气浓度随高度的分布。