高速PLIF成像诊断应用的脉冲串激光器研究进展

平面激光诱导荧光是基于片状激光光束,激发流场中自由基或示踪粒子辐射荧光,通过对该荧光成像获得流场空间分布信息的一种成像诊断技术。脉冲串激光器是目前能够满足高速平面激光诱导荧光技术对高重频、大能量激光光源需求的有效光源。本文针对应用于高速平面激光诱导荧光成像诊断中的脉冲串激光器进行了综述,对比了脉冲串激光不同产生方式的特点,阐述了发展状况,并对作为高速激光诊断光源的脉冲串激光器的发展前景做了展望。

脉冲串激光测距技术研究

文中提出了一种脉冲串激光测距技术,采用脉冲串激光和相关探测方法,可显著地提高脉冲激光测距能力。理论分析和试验结果表明:采用3脉冲串激光测距体制要比同等单脉冲测距体制的探测灵敏度提高11倍。

用于大尺度模型发动机高频PLIF测量的脉冲串紫外激光系统

针对大尺度模型发动机试验台工作时间短(~百毫秒到秒量级)和激光能量要求高(>1 mJ)的特点,常规的紫外激光系统不能满足发动机燃烧流场精细化测量需求,要求用于高频平面激光诱导荧光(PLIF)测量的紫外激光系统同时满足脉冲串时间间隔短和激光输出能量高,并且系统具有高可靠性和环境适应性。设计了一套用于真实发动机地面试验台高频PLIF测量的脉冲串紫外激光系统,能够获取有效的火焰动力学数据。脉冲串紫外激光系统采用自主研制的脉冲串模式激光器泵浦染料激光器,具备能量监测、波长监测和片光分布监测等功能,可以校正激光参数对测量结果的影响。其中脉冲串模式激光器采用电光调Q、脉冲串模式和MOPA技术,使输出的泵浦激光具有高脉冲能量(~50 mJ@532 nm)、短脉冲宽度(~10.8 ns)和较高的脉冲串频率(20 Hz)。脉冲串紫外激光系统的串时间间隔为50 ms,是国外激光器脉冲串间隔时间的1/200;系统整体转换效率为6%,紫外单脉冲能量为2.95 mJ@283 nm,是国外连续脉冲激光器典型能量值的7倍。为满足发动机地面试验台测量需求,自主集成了工程可用的高可靠性移动式10 kHz PLIF测量系统,具有抗震、防潮和防尘等功能,提升了高频PLIF系统的环境适应能力。国内首次在中国空气动力研究与发展中心的脉冲燃烧风洞上实现了大尺度模型发动机燃烧流场远距离大视场成像测量(~15 cm),获得了高信噪比的氢燃料及乙烯燃料高动态燃烧过程可视化结果。未来可结合光谱图像特征提取与分析方法对其燃烧状态和动态过程开展研究,为发动机复杂流动燃烧机理研究、CFD仿真和发动机设计水平提升提供支撑。

基于半导体光放大器的纳秒脉冲串激光种子源系统

设计了一种基于半导体光放大器的纳秒脉冲串激光种子源系统。在该系统中,半导体光放大器具有40 dB以上的高消光比,可实现高信噪比的脉冲串激光输出。利用半导体光放大器腔外调制窄线宽连续激光光源,研究了不同重复频率下纳秒脉冲串激光的输出特性,通过调控触发信号实现了子脉冲重复频率为10~100 kHz、子脉冲脉宽为8.6~88.2 ns、单脉冲能量为0.892~6.124μJ的高光束质量1064 nm脉冲串激光输出,最大平均功率为86.4 mW,输出不稳定度为1.66%,横向光束质量因子(M_(x)^(2))和纵向光束质量因子(M_(y)^(2))分别为1.12和1.16。该系统可作为高平均功率纳秒脉冲串激光器的种子源系统。

基于法布里-珀罗腔产生飞秒激光脉冲串在硅表面诱导高质量亚波长周期条纹(特邀)

为了制备高质量表面周期结构,利用法布里-珀罗腔对飞秒激光进行时域整形,输出子脉冲间隔在1~300 ps内灵活可调的飞秒激光脉冲串,在硅表面诱导亚波长周期条纹。实验结果显示,利用飞秒激光脉冲串诱导得到的亚波长周期条纹明显优于原始高斯光诱导的亚波长周期条纹。利用子脉冲间隔为100 ps的脉冲串诱导的亚波长条纹最佳,条纹周期为1008 nm,结构取向角为2.8°,边缘粗糙度为3.9 nm,可达到光刻工艺的标准。