基于飞秒/皮秒CARS的受限空间条件气体温度测量技术研究
发布时间：2021-07-28 03:08
随着激光燃烧诊断技术的不断发展,该技术已经被广泛的应用于多种燃烧学关键参数的测量当中。在这些测量技术中相干反斯托克斯拉曼散射（Coherent Anti-Stokes Raman Scattering简称CARS）技术由于其具有测量准确、信噪比高等优势而被广泛的应用于燃烧流、非燃烧流的温度、组分浓度、压力等重要参数的测量当中。而近年来随着飞秒激光技术的发展,飞秒CARS由于其具有高重频、低干扰等优势而被广泛关注。结合先进航空发动机、燃气轮机等先进动力装置研究中对受限空间、大温度动态范围条件下迫切的高时空分辩温度测量需求,本文重点开展了基于飞秒/皮秒混合CARS技术的受限空间温度测量理论和实验研究工作。基于飞秒CARS自身时域敏感特性,采用时域非线性光学模型对飞秒CARS进行了理论描述。针对现有飞秒CARS模型对受限空间影响的输入脉冲特性未充分考虑的问题,在时域非线性光学模型中加入对输入脉冲延时抖动、输入脉冲啁啾等参数进行改进。改进后的模型实现了对受限空间条件下窗口材料色散、脉冲延时抖动等效应的理论描述。并对CARS燃烧诊断测量中的主要测量对象气体双原子分子的拉曼跃迁模型进行了理论论述,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 燃烧与温度测量
1.1.2 激光燃烧诊断测温面临的需求与挑战
1.2 相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术简述
1.2.1 CARS技术基本原理
1.2.2 纳秒CARS技术在激光燃烧测量中的应用与研究进展
1.2.3 纳秒CARS燃烧诊断技术的局限
1.3 飞秒CARS技术在燃烧诊断领域的应用研究进展
1.3.1 时间分辨飞秒CARS(TR–CARS)
1.3.2 啁啾探测脉冲飞秒CARS(CPP-CARS)
1.3.3 飞秒/皮秒混合CARS技术研究进展
1.4 飞秒CARS燃烧诊断技术研究进展分析
1.5 本文主要研究内容
第2章 含输入脉冲特性的改进飞秒CARS模型及飞秒CARS仿真计算
2.1 引言
2.2 CARS非线性光学模型
2.2.1 CARS非线性光学模型的频域描述
2.2.2 CARS非线性光学模型的时域描述
2.3 双原子气体分子拉曼跃迁模型
2.3.1 双原子分子振转能量
2.3.2 拉曼跃迁频率
2.3.3 拉曼跃迁线强度
2.3.4 拉曼线宽
2.3.5 拉曼时域响应函数
2.4 输入脉冲时频域特性的理论描述及飞秒CARS理论仿真计算
2.4.1 延时抖动的理论描述
2.4.2 超快激光脉冲自身时频域特征的理论描述
2.4.3 三种飞秒CARS实现方式间的区别
2.4.4 三种飞秒CARS理论仿真计算及其数据拟合程序
2.5 本章小结
第3章 输入脉冲时频域特性对飞秒/皮秒混合CARS测温影响分析
3.1 引言
3.2 泵浦斯托克斯脉冲特性对CARS测温影响
3.2.1 斯托克斯延时对CARS测温的影响
3.2.2 泵浦及斯托克斯脉冲的脉宽及啁啾系数对CARS测温的影响
3.3 探测脉冲特性对CARS测温影响
3.3.1 探测脉冲宽度对CARS测温的影响
3.3.2 探测脉冲延时及啁啾对CARS测温的影响
3.4 本章小结
第4章 输入脉冲特性对纯转动飞秒/皮秒混合CARS测量影响实验研究
4.1 引言
4.2 脉宽压缩装置设计与搭建
4.2.1 二次谐波线宽压缩装置原理简述
4.2.2 SHBC装置中衍射光栅的选择及其光路设计
4.2.3 和频晶体参数选择
4.2.4 SHBC装置搭建与输出特性
4.3 受限空间纯转动飞秒/皮秒混合CARS实验研究
4.3.1 纯转动飞秒/皮秒混合CARS实验装置简述
4.3.2 受限空间内纯转动飞秒/皮秒混合CARS光谱测量
4.4 窗口色散条件对纯转动飞秒/皮秒混合CARS光谱的影响
4.4.1 泵浦、斯托克斯脉冲啁啾对纯转动飞秒/皮秒混合CARS光谱影响
4.4.2 探测脉冲啁啾对纯转动飞秒/皮秒混合CARS光谱影响
4.5 本章小结
第5章 纯转动飞秒/皮秒混合CARS温度测量实验
5.1 引言
5.2 密闭温控气室简介
5.2.1 密闭温控气室结构及关键参数
5.2.2 密闭气室温度控制及测量
5.3 受限空间条件下温度测量实验
5.3.1 压力对受限空间条件下飞秒/皮秒混合CARS测温影响
5.3.2 受限空间条件下纯转动飞秒/皮秒混合CARS测温实验
5.4 高温燃烧条件下温度测量测试实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3307080
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 燃烧与温度测量
1.1.2 激光燃烧诊断测温面临的需求与挑战
1.2 相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术简述
1.2.1 CARS技术基本原理
1.2.2 纳秒CARS技术在激光燃烧测量中的应用与研究进展
1.2.3 纳秒CARS燃烧诊断技术的局限
1.3 飞秒CARS技术在燃烧诊断领域的应用研究进展
1.3.1 时间分辨飞秒CARS(TR–CARS)
1.3.2 啁啾探测脉冲飞秒CARS(CPP-CARS)
1.3.3 飞秒/皮秒混合CARS技术研究进展
1.4 飞秒CARS燃烧诊断技术研究进展分析
1.5 本文主要研究内容
第2章 含输入脉冲特性的改进飞秒CARS模型及飞秒CARS仿真计算
2.1 引言
2.2 CARS非线性光学模型
2.2.1 CARS非线性光学模型的频域描述
2.2.2 CARS非线性光学模型的时域描述
2.3 双原子气体分子拉曼跃迁模型
2.3.1 双原子分子振转能量
2.3.2 拉曼跃迁频率
2.3.3 拉曼跃迁线强度
2.3.4 拉曼线宽
2.3.5 拉曼时域响应函数
2.4 输入脉冲时频域特性的理论描述及飞秒CARS理论仿真计算
2.4.1 延时抖动的理论描述
2.4.2 超快激光脉冲自身时频域特征的理论描述
2.4.3 三种飞秒CARS实现方式间的区别
2.4.4 三种飞秒CARS理论仿真计算及其数据拟合程序
2.5 本章小结
第3章 输入脉冲时频域特性对飞秒/皮秒混合CARS测温影响分析
3.1 引言
3.2 泵浦斯托克斯脉冲特性对CARS测温影响
3.2.1 斯托克斯延时对CARS测温的影响
3.2.2 泵浦及斯托克斯脉冲的脉宽及啁啾系数对CARS测温的影响
3.3 探测脉冲特性对CARS测温影响
3.3.1 探测脉冲宽度对CARS测温的影响
3.3.2 探测脉冲延时及啁啾对CARS测温的影响
3.4 本章小结
第4章 输入脉冲特性对纯转动飞秒/皮秒混合CARS测量影响实验研究
4.1 引言
4.2 脉宽压缩装置设计与搭建
4.2.1 二次谐波线宽压缩装置原理简述
4.2.2 SHBC装置中衍射光栅的选择及其光路设计
4.2.3 和频晶体参数选择
4.2.4 SHBC装置搭建与输出特性
4.3 受限空间纯转动飞秒/皮秒混合CARS实验研究
4.3.1 纯转动飞秒/皮秒混合CARS实验装置简述
4.3.2 受限空间内纯转动飞秒/皮秒混合CARS光谱测量
4.4 窗口色散条件对纯转动飞秒/皮秒混合CARS光谱的影响
4.4.1 泵浦、斯托克斯脉冲啁啾对纯转动飞秒/皮秒混合CARS光谱影响
4.4.2 探测脉冲啁啾对纯转动飞秒/皮秒混合CARS光谱影响
4.5 本章小结
第5章 纯转动飞秒/皮秒混合CARS温度测量实验
5.1 引言
5.2 密闭温控气室简介
5.2.1 密闭温控气室结构及关键参数
5.2.2 密闭气室温度控制及测量
5.3 受限空间条件下温度测量实验
5.3.1 压力对受限空间条件下飞秒/皮秒混合CARS测温影响
5.3.2 受限空间条件下纯转动飞秒/皮秒混合CARS测温实验
5.4 高温燃烧条件下温度测量测试实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3307080
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