[发明专利]一种基于贝塞尔CARS的湍流光谱测量系统及其测量方法

说明书

本发明公开了一种基于贝塞尔CARS的湍流光谱测量系统及其测量方法。本发明采用泵浦光和斯托克斯光均为贝塞尔光束，并调节两束光在样品中的贝塞尔区完全重叠，此时泵浦光和斯托克斯光的波矢完全满足相位匹配条件，产生的反斯托克斯拉曼信号最强；且本发明从激发光的传输到信号光的产生都具有抗散射和自愈特性，在样品处于湍流扰动的环境下，能够获得更高的光谱测量信噪比；相比于既往提高CARS光谱测量信噪比方法，本发明引入贝塞尔光束产生系统，实验操作上较为简单，实验光路仪器需求的成本低。

技术领域

本发明涉及光谱测量技术，具体涉及一种基于贝塞尔CARS的湍流光谱测量系统及其测量方法。

背景技术

相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)光谱技术因其具有化学选择性、非标记、无接触等特点，被广泛应用于反应流体的诊断。近几十年来，各种基于CARS的激光诊断技术不断涌现，借助于纳秒、皮秒、飞秒等不同激光系统，可以实现对反应流体的温度测量、成分浓度鉴定以及时间分辨的瞬态动力学研究。

然而在测量时，剧烈反应的流体本身往往伴随着湍流环境和温度的不均匀分布，导致折射率梯度变化，引起光路的偏转、抖动，造成CARS信号衰减，系统接收效率降低，难以获得稳定可靠的光谱。为了在湍流环境下能获得较高质量的CARS光谱，既往的研究主要从以下途径入手：一方面结合高功率激光器和高速光谱仪实现单次光谱的快速测量，其时间分辨率远快于流体的动力学过程，可以为流体诊断的拟合提供大量的数据，提高了流体诊断的准确度，但大量数据的采集、处理、分析繁琐且耗时，高功率激光器和高速光谱仪也过于昂贵；另一方面，结合流体的振动、转动CARS光谱，对流体进行双模态的测量，这种方法相比于单模态振动光谱可以获得更准确的光谱测量结果，但这种方法光路设置上较为复杂，数据采集处理的工作量较大。

发明内容

针对以上现有技术中CARS光谱测量在湍流扰动时遇到的问题，本发明提出了一种基于贝塞尔光束的CARS的湍流光谱测量系统及其测量方法，利用贝塞尔光束的抗散射和自愈特性，提高湍流情况下CARS光谱测量信噪比，更加简单易行，高效低成本。

本发明的一个目的在于提出一种基于贝塞尔CARS的湍流光谱测量系统。