[发明专利]一种发动机喷雾流场近场区光学诊断系统

权利要求书

1.一种发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：包括沿飞秒脉冲激光入射方向依次放置的分光系统、复用系统、光克尔门选通成像系统以及比较成像系统；复用系统包括宽带分束镜（13），宽带分束镜（13）的反光路径中依次设有第三双色镜（14）、第三偏振分束棱镜（15）以及第五反射镜（16），且发动机喷雾流场设于宽带分束镜（13）与第三双色镜（14）之间；宽带分束镜（13）的透光路径中依次设有宽带反射镜（17）、第四双色镜（18）、第四偏振分束棱镜（19）以及第六反射镜（20）；分光系统用于将飞秒脉冲激光转换成由倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光组成的具有纳秒级时间间隔的脉冲串；复用系统用于使脉冲串中的倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光照射发动机喷雾流场同一位置以携带发动机喷雾流场形貌信息，并将倍频光、水平偏振基频光以及垂直偏振基频光入射到光克尔门选通成像系统分别成像；比较成像系统用于比较光克尔门选通成像系统成像所得的三幅流场图中单个粒子轨迹以计算单个粒子的速度和加速度信息。

2.根据权利要求1所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的脉冲串经宽带分束镜（13）分成两束光，一束光作为开关光束被宽带反射镜（17）反射，被反射的开关光束中的倍频光经第四双色镜（18）反射后控制光克尔门选通成像系统中光克尔门的开启和关闭；被反射的开关光束中的垂直偏振基频光依次经第四双色镜（18）透射、第四偏振分束棱镜（19）反射后控制光克尔门选通成像系统中光克尔门的开启和关闭；被反射的开关光束中的水平偏振基频光依次经第四双色镜（18）透射、第四偏振分束棱镜（19）透射、第六反射镜（20）反射后控制光克尔门选通成像系统的中光克尔门的开启和关闭；另一束光作为探测光束从发动机喷雾流场透射以使探测光束中的弹道光子携带发动机喷雾流场形貌信息，探测光束中的倍频光被第三双色镜（14）反射后进入光克尔门选通成像系统进行成像；探测光束中的垂直偏振基频光依次经第三双色镜（14）透射、第三偏振分束棱镜（15）反射后进入光克尔门选通成像系统进行成像；探测光束中水平偏振基频光依次经第三双色镜（14）透射、第三偏振分束棱镜（15）透射、第五反射镜（16）反射后进入光克尔门选通成像系统进行成像。

3.根据权利要求1所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的分光系统包括BBO倍频晶体（1）、第一、二双色镜（2，12），第一双色镜（2）的反光路径中依次设有第一光学延时器和第一反射镜（4）；第一双色镜（2）的透光路径中依次设有四分之一波片（6）、第一偏振分束棱镜（7）、第二光学延时器以及第二偏振分束棱镜（9）；

飞秒脉冲激光经BBO倍频晶体（1）产生基-倍频混合光束，基-倍频混合光束经第一双色镜（2）分离后得到倍频光和基频光；基频光经四分之一波片（6）转变成圆偏振光，再经第一偏振分束棱镜（7）透射和反射，反射后得到的垂直偏振基频光被第二光学延时器延时；透射后得到的水平偏振基频光以及被延时的垂直偏振基频光被第二偏振分束棱镜（9）合束；倍频光经第一光学延时器延时后被第一反射镜（4）反射，然后与合束的水平偏振基频光和垂直偏振基频光共同被第二双色镜（12）合束成纳秒时间间隔的脉冲串。

4.根据权利要求3所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的第一、二光学延时器均采用结构相同的折返型光学延时器，折返型光学延时器包括平行放置在旋转台上的两个条形反射镜、由步进电机控制的第一光学延时线（29）以及第七、八反射镜（30，31）；入射光进入其中一个条形反射镜并在两个条形反射镜之间进行多次反射，然后经第七反射镜（30）反射、第一光学延时线（29）延时、第八反射镜（31）反射后出射，两个条形反射镜的间距为3-20cm，旋转台与进入条形反射镜的入射光垂直方向之间的夹角保持在5-45°。

5.根据权利要求4所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的入射光在折返型光学延时器的光程均为30cm-7.5m。

6.根据权利要求3所述的发动机喷雾流场近场区光学诊断系统，其特征在于：所述的四分之一波片（6）的光轴长轴方向与其入射光偏振方向夹角为45°。