[发明专利]实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置及测量方法

权利要求书

1.一种实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置，其特征在于：包括泵浦飞秒激光器、探测飞秒激光器、分束镜、反射镜、锁频控制系统、信号触发系统、太赫兹产生装置、信号采集系统、二维位移平台及计算机；

所述泵浦飞秒激光器和探测飞秒激光器用于产生泵浦光束和探测光束；泵浦光束和探测光束分别通过分束镜一和分束镜三分束，反射的泵浦锁频激光和探测锁频激光光束进入锁频控制系统；经分束镜一和分束镜三透射的光束再次分别被分束镜二和分束镜四分束，反射的泵浦触发激光和探测触发激光光束进入信号触发系统，产生触发信号进入信号采集系统；透过分束镜二的泵浦测试激光进入太赫兹波产生装置产生太赫兹脉冲；透过分束镜四的探测测试激光被反射镜反射后，进入信号采集系统并与携带火焰信息的太赫兹波会合；信号采集系统输出信号被计算机所采集；

所述锁频控制系统用于保证泵浦飞秒激光器和探测飞秒激光器输出脉冲的重复频率间有一个固定的差值；

所述信号触发系统用于触发采集信号；

所述太赫兹波产生装置用于产生测量太赫兹波；

所述信号采集系统用于检测通过火焰样品后的待测太赫兹波的透射功率；

所述二维位移平台用于调整测试火焰样品位置。

2.如权利要求1所述实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置，其特征在于：所述锁频控制系统包括光电二极管一、光电二极管二、微波放大器一、微波放大器二、双平衡混频器一、双平衡混频器二、频率-电压转换器、PID控制器、运算放大器一和压电式换能器；光电二极管一探测泵浦锁频激光的重复频率后其信号被微波放大器一放大，光电二极管二探测探测锁频激光的重复频率后其信号被微波放大器二放大，微波放大器一和二的信号被送入双平衡混频器一，得到两束激光脉冲的重复频率差，并将频率差发送到频率-电压转换器，频率-电压转换器的输出信号作为平衡混频器二的输入，随后双平衡混频器二的输出反馈到PID控制器，然后被发送至运算放大器一，放大后的信号用来驱动位于泵浦飞秒激光器上的压电式换能器。

3.如权利要求1所述实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置，其特征在于：所述信号触发系统包括聚焦透镜二、光电二极管三、微波放大器三、运算放大器二及触发信号探测器；泵浦触发激光和泵浦触发激光经聚焦透镜二聚焦在光电二极管三上，产生触发信号，此触发信号经过微波放大器三滤除直流信号，经运算放大器二放大后输入到触发信号探测器，从而触发A/D数据采集卡并开始进行数据采集。

4.如权利要求1所述实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置，其特征在于：所述太赫兹产生装置包括聚焦透镜一、太赫兹产生晶体、离轴抛物面镜一、离轴抛物面镜二、离轴抛物面镜三和离轴抛物面镜四；泵浦测试激光由聚焦透镜一聚焦到光电导天线型太赫兹发射器上，在外加偏置电压的作用下辐射出太赫兹脉冲，发散的太赫兹脉冲经离轴抛物镜的一的反射准直后成为平行的太赫兹波，太赫兹脉冲经离轴抛物镜二反射后穿过火焰区域，携带火焰信息的太赫兹脉冲经离轴抛物镜三和四的反射聚焦后进入信号采集系统。

5.如权利要求1所述实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置，其特征在于：所述信号采集系统包括的硅片、太赫兹感应晶体、1/4波片、沃拉斯顿棱镜、平衡探测器及A/D数据采集卡；太赫兹脉冲穿过硅片会聚到太赫兹感应晶体上，探测测试激光经硅片反射与会聚到太赫兹感应晶体上的太赫兹脉冲准直重合，经1/4波片后，其偏振态由原来的线性偏振光变成椭圆偏振光，后经沃拉斯顿棱镜被分解为水平偏振和垂直偏振的两束光，随后由平衡探测器测量太赫兹波强度，并最终被A/D数据采集卡采集后再送入计算机进行进一步的处理；A/D数据采集卡通过触发信号探测器数据线与触发信号探测器相连。

6.如权利要求1所述实时监测火焰温度场脉动的太赫兹装置，其特征在于：所述的二维光学平移台上放置燃烧样品，记水平向外为x方向，垂直向上为y方向，太赫兹波传播方向为z方向；测试时通过在x和y方向调整二维平移台，使太赫兹脉冲透过火焰的不同位置，实现火焰温度场的扫描测量。