[发明专利]一种基于全反射积分腔的片光能量均匀化光学整形系统

说明书

一种基于全反射积分腔的片光能量均匀化光学整形系统，涉及一种片光能量均匀化光学整形系统。沿高斯光束传播方向依次排布，入瞳平移偏移量d＝0.85mm，耦接光学镜组包括第一平凸柱面镜和第二平凸柱面镜，全反射积分腔由两片均光板组成，镀有高反射膜，其中一片与高斯光束传播方向平行，另一片与高斯光束传播方向具有0.1°夹角，准直压缩光学镜组包括第一弯月柱面镜、第二弯月柱面镜、第一双凸柱面镜和第三平凸柱面镜。能够将高斯光束转换成能量分布均匀的片状光束，为PLIF燃烧诊断提供优质高效的激光光束，有助于降低PLIF系统复杂程度和加工成本。

技术领域

本发明涉及一种片光能量均匀化光学整形系统，尤其是一种基于全反射积分腔的片光能量均匀化光学整形系统，属于激光应用光学领域。

背景技术

激光诱导荧光(LIF)技术是近年来激光燃烧诊断的热点研究领域，其中平面激光诱导荧光(PLIF)技术可实现燃烧场温度、组分及浓度、火焰构造等参量信息的高时空分辨精确测量，且测量时对燃烧过程无扰动，在气体、固体推进剂燃烧动力学、超声速燃烧动力学、航空发动机高效燃烧和污染控制等方面具有重要的研究意义和应用价值。

在定量PLIF技术中，为实现组分浓度的二维分布测量，通常采用柱面透镜组将激发光整形为片状光束，但不对片光横截面能量做专门的均匀化处理。为满足定量测量需要，通常采用增加参考光路的形式监测激发光的强度分布。但这种形式有两个缺陷：一方面，在实验中额外增加了一套PLIF系统，不仅成本更加昂贵，同时也增加了诊断的复杂性，并且针对高速动态测量，很难做到实时监测和校准；另一方面，由于PLIF系统通常采用染料激光器调谐的方法实现激发波长的调节，经过染料激光器输出后的光斑模式会变得较差。

经实验总结分析，为从根本上解决目前片光能量分布不均匀、难以满足PLIF系统高质量测量需求的问题，宜采用增加光学整形系统的方式来实现，如何通过在PLIF系统中增加合适的光学整形系统，以保证片光能量均匀分布，对降低PLIF系统复杂程度和加工成本、提高图像质量和测量精度具有重要意义。

发明内容

为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种基于全反射积分腔的片光能量均匀化光学整形系统，它应用于PLIF激光燃烧诊断技术，能够将高斯光束转换成能量分布均匀的片状光束，为PLIF燃烧诊断提供优质高效的激光光束，有助于降低PLIF系统复杂程度和加工成本。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种基于全反射积分腔的片光能量均匀化光学整形系统，包括沿高斯光束传播方向依次排布的耦接光学镜组、全反射积分腔以及准直压缩光学镜组，所述高斯光束的入瞳平移偏移量d＝0.85mm，所述耦接光学镜组包括第一平凸柱面镜和第二平凸柱面镜，所述全反射积分腔由两片均光板组成，所述两片均光板均镀有高反射膜，其中一片均光板与高斯光束传播方向平行，另一片均光板与高斯光束传播方向具有0.1°夹角，所述准直压缩光学镜组包括第一弯月柱面镜、第二弯月柱面镜、第一双凸柱面镜和第三平凸柱面镜，所述第一平凸柱面镜、所述第二平凸柱面镜、所述第一弯月柱面镜、所述第二弯月柱面镜及所述第一双凸柱面镜均竖向布置，所述第三平凸柱面镜横向布置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用全反射积分腔多次反射极大的破坏了初始射入的高斯光束的强度分布，在出射端得到能量分布均匀且探测区宽的片状光束，应用于PLIF激光燃烧诊断技术中，能够为PLIF燃烧诊断提供优质高效的激光光束，从而实现燃烧场温度、组分及浓度、火焰构造等参量信息的高时空分辨精确测量，提升激光燃烧诊断中信号的信噪比和测量精度，相比于目前的激光光束均匀化方法，本发明结构简单、易于加工、成本低，简化光路，有助于降低PLIF系统复杂程度和加工成本，焦深长，片状光束均匀化效果好，最高可达到92％以上，有利于解决PLIF燃烧诊断中测量图像质量低和难以定量化的问题，提高测量精度。

附图说明

图1是本发明的排布结构示意图；

图2是本发明在探测区中心处的光斑能量分布图；