[发明专利]一种测量片状激光光束尺寸和能量分布的装置及方法

说明书

本发明公开了一种测量片状激光光束尺寸和能量分布的装置及方法，所述装置包括激光器、平凹透镜、准直凸柱透镜、聚焦凸柱透镜、染料盒、第一滤光片、第二滤光片、第一CCD相机镜头、第二CCD相机镜头、第一CCD相机、第二CCD相机，激光器输出的激光经平凹透镜、准直凸柱透镜、聚焦凸柱透镜形成片状激光光束，片状激光光束作用于染料盒内的丙酮溶液产生激发荧光，激发荧光经第一滤光片、第一CCD相机镜头进入第一CCD相机，经第二滤光片、第二CCD相机镜头进入第二CCD相机。本发明利用丙酮PLIF对片状激光光束的尺寸和能量分布信息进行测量，用于优化片光整形系统并修正激光能量波动带来的试验误差，提高激光光谱诊断试验的准确性。

技术领域

本发明属于平面激光光谱诊断技术领域，涉及一种测量片状激光光束尺寸和能量分布的装置及方法。

背景技术

PLIF（平面激光诱导荧光技术，Planner Laser Induced Fluorescence）作为一种激光光谱诊断技术，可以应用于高速变化的浓度场与温度场的诊断。通过一定焦距的柱透镜将可调谐激光扩展准直为符合要求的平面片状光束，片光穿过需要诊断的流场时会有选择的激发流场中的示踪粒子，使示踪粒子中相应的电子受到激发从基态跃迁到激发态。激发态的电子再通过自发辐射从激发态回到基态并发出荧光。应用于PLIF的众多示踪剂中，丙酮应用较为广泛，丙酮作为一种PLIF示踪剂，适用于高速燃烧场，高超声速流场的诊断。

丙酮作为示踪剂的主要特点如下：

1、在室温条件下拥有较高的饱和蒸汽压，便于示踪剂投放。

2、丙酮受到激发后产生的荧光为蓝紫光（350~550nm），处于可见光波段，便于CCD相机的信号采集。

3、丙酮的荧光寿命很短，在高速流场诊断中便于“冻结”时间，有非常好的时间分辨率。

4、信号强度强，信噪比较高。

对于航天工程而言，空间飞行器在完成任务返回时都会在大气层中进行超高声速飞行，整个过程飞行器返回舱在大气中与高速气流的相互作用尤为关键。可以通过将相关飞行器模型置于风洞之中，采用PLIF技术分析飞行器模型在高超声速流场中周边流场的分布，实现流场可视化，了解在此流场中超高速气流对于飞行器的种种影响，这样可以为飞行器进一步优化设计提供相关的支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量片状激光光束尺寸和能量分布的装置及方法，利用丙酮平面激光诱导荧光技术（PLIF）对片状激光光束的尺寸（厚度，平行度）和能量分布信息进行测量，用于优化片光整形系统并修正激光能量波动带来的试验误差，提高激光光谱诊断试验的准确性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种测量片状激光光束尺寸和能量分布的装置，包括激光器、平凹透镜、准直凸柱透镜、聚焦凸柱透镜、染料盒、第一滤光片、第二滤光片、第一CCD相机镜头、第二CCD相机镜头、第一CCD相机、第二CCD相机，其中：

所述激光器、平凹透镜、准直凸柱透镜、聚焦凸柱透镜、染料盒沿X轴方向依次设置；

所述第二滤光片、第二CCD相机镜头、第二CCD相机沿Y轴方向依次设置；

所述第一滤光片、第一CCD相机镜头、第一CCD相机沿Z轴方向依次设置；

所述聚焦凸柱透镜、准直凸柱透镜和平凹透镜组成片状激光光束整形系统；

所述染料盒上贴有标尺；

所述第一CCD相机平行于X-Y平面；

所述第二CCD相机平行于X-Z平面；