[发明专利]一种高能脉冲激光外整形光路系统

说明书

一种高能脉冲激光外整形光路系统属激光燃烧诊断技术领域，本发明中偏振系统、环腔1、环腔2、激光能量测量系统、激光器系统和聚焦光学器置同一光学平台上；偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ、偏振片、起偏器和环腔1中45度分束镜Ⅰ、45度反射镜的中心在同一条前后直线上；环腔1中45度反射镜和环腔2中45度分束镜、45度反射镜Ⅳ的中心在同一条前后直线上；激光器系统1的激光出射口与偏振系统中45度反射镜Ⅰ的中心在同一条左右直线上；环腔2中凹面聚焦镜Ⅱ、45度分束镜Ⅱ、激光能量测量系统中光束取样器和聚焦光学器的中心在同一条左右直线上；本发明能将高能脉冲激光的高峰值功率和窄脉宽半高宽变为低峰值功率和宽的高能脉冲激光。

技术领域

本发明属激光燃烧诊断技术领域，具体涉及一种高能脉冲激光外整形光路系统。

背景技术

通过激光自发拉曼散射光谱测量技术，可以实现复杂燃烧场环境下的主要组分（氮气、氧气、二氧化碳、碳氢燃料、氢气、一氧化碳等）、组分浓度（摩尔分数）和区域温度的检测，并具有测量的非接触性、多物种测量同步性、定量性及时间（纳秒级）和空间（毫米级）的分辨能力，目前已经广泛应用于如发动机燃烧室内或某封闭的或大气环境下的各种燃烧体系中。由于气态物种的分子数密度较液态和固态物质的小的多，一般选用高能脉冲激光器出射的激光作为激发光源。可是，这种激光器的激光一般具有高的峰值功率（大于0.4GW吉瓦）和窄的激光脉宽半高宽（FWHM），用它去激发气体时会造成气体裂解、点燃可燃气体和损毁密封用是石英窗口，而严重影响或不能完成气体拉曼光谱测量，所以需采用激光外整形光路将峰值功率降到小于0.02GW才能进行正常实验。

目前一般采用激光脉冲展宽器来实现降低激光峰值功率的目的。在这个激光外整形光路中激光需要经过10米到20米的光程后才能到达被激发区域，可是由于高能脉冲激光器的激光发散角（大于0.8mrad（毫弧度））的存在，会造成激光在激光外整形光路内和到达激发区时会形成一个超过原激光光斑直径约2~5倍的大光斑直径，使得在调整光路中的各个镜架位置以达到准直激光光路的工作时造成困难，甚至达不到展宽设计的要求。为了避免损坏激光外整形光路中的光学镜面和损伤实验人员的眼睛，一般在预先调整激光外整形光路时需使用低能量的激光，但由于激光器在高能量和低能量下出射的激光的特性存在差异，当使用高能量激光进行实验时，在激发区域又存在激发区域的空间分辨率低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高能脉冲激光外整形光路系统，首先让激光器出射实验用的高能量脉冲激光，再利用激光的偏振特将激光能量减小到可以调试光路的低的能量上，之后这个低能量脉冲激光分别进入到两个环腔中完成激光整形。在每个环腔中通过一个凹面球形聚焦镜保持激光在接下来的光路上的光斑直径不会变大，将原高能脉冲激光的高峰值功率和窄FWHM变为低峰值功率和宽的FWHM。最后经过点或线或面聚焦光学器，在燃烧场环境中完成激光拉曼散射成像和物种摩尔分数和区域温度测量。

本发明由偏振系统Ⅰ、环腔1Ⅱ、环腔2 Ⅲ、激光能量测量系统Ⅳ、激光器系统1和聚焦光学器2组成，偏振系统Ⅰ、环腔1Ⅱ、环腔2 Ⅲ、激光能量测量系统Ⅳ、激光器系统1和聚焦光学器2 置于同一光学平台上；偏振系统Ⅰ、环腔1Ⅱ和环腔2 Ⅲ自前至后顺序排列，其中偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ3、偏振片4、起偏器5和环腔1Ⅱ中45度分束镜Ⅰ11 、45度反射镜Ⅲ8的中心在同一条前后直线上。环腔1Ⅱ中45度反射镜Ⅱ7和环腔2 Ⅲ中45度分束镜Ⅱ13、45度反射镜Ⅳ14的中心在同一条前后直线上。激光器系统1置于偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ3的正左方，激光器系统1的激光出射口与偏振系统Ⅰ中45度反射镜Ⅰ3的中心在同一条左右直线上。环腔2 Ⅲ、激光能量测量系统Ⅳ和聚焦光学器2自右至左顺序排列，其中环腔2 Ⅲ中凹面聚焦镜Ⅱ15、45度分束镜Ⅱ13、激光能量测量系统Ⅳ中光束取样器16和聚焦光学器2的中心在同一条左右直线上。