基于火焰测温的飞秒CARS光谱技术研究

摘要

相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）光谱测温技术是一种广泛应用的光谱测量技术，具有非侵入、不干扰流场、可遥测、响应时间短、分辨率高等优点，适应于多种恶劣条件下的燃烧诊断研究。近年来，随着超短脉冲激光的发展，飞秒CARS及飞秒时间分辨 CARS光谱技术已成功的应用到燃烧场的测温中，能够减少非共振背景信号的影响，极大的提高了测量的时间分辨能力，进一步提高了燃烧场测温的精度和范围。
　　本文以基于燃烧测温的飞秒 CARS光谱技术为研究重点，首先介绍了飞秒CARS的基本概念，从非线性效应基本方程出发，推导出CARS的光强表达式，给出了飞秒时间分辨 CARS的计算模型，分析了影响光强的主要因素，计算了三阶非线性极化率中的不同能级上分子布居数密度差和拉曼线宽因子，在此基础上计算了氮气、一氧化碳的Q支振动 CARS理论谱和氮气、氢气分子的S支转动CARS理论谱，讨论了泵浦激光线宽对谱线线型的影响，分析了谱线线型和温度之间的关系。此外对飞秒时间分辨 CARS谱的计算模型进行了深入的分析和讨论，并模拟出不同温度下的氮气的时间分辨光谱。
　　实验上，利用搭建的一套飞秒时间分辨 CARS光谱测量系统开展了验证实验，利用BBO晶体和若丹明590溶液进行了时间分辨 CARS谱研究的先前工作，通过调节探测光相对泵浦光和斯托克斯光的延迟时间，得到了样品的时间分辨CARS谱，验证系统进行时间分辨CARS测量的可行性。

目录

基于火焰测温的飞秒CARS光谱技术研究

STUDY OF FEMTOSECOND CARSTECHNOLOGY BASED ON THE MEASUREMENT OF FLAME TEMPERATURE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 CARS光谱技术的基本概念

1.3 飞秒CARS

1.4 国外研究现状

1.5 国内研究现状

1.6 主要研究内容及结构安排

第2章 CARS基本理论

2.1 非线性效应的基本方程

2.2 气体介质中的CARS光强

2.3 三阶非线性极化率

2.4 飞秒时间分辨CARS光谱的表达式

2.5 本章小结

第3章 CARS光谱的理论计算

3.1 三阶非线性极化率的计算

3.2 理论CARS光谱计算

3.3 转动CARS谱的计算

3.4 时间分辨CARS模型的研究

3.5 本章小结

第4章 时间分辨CARS光谱测量验证实验

4.1 实验装置

4.2 实验光路、实验步骤

4.3 时间分辨CARS信号的测量

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢