[发明专利]一种用于3DLIF的扫描片光生成系统

说明书

本发明属于激光整形相关技术领域，并公开了一种用于3DLIF的扫描片光生成系统。该系统包括三个模块，1级扩束准直模块、可旋转光阑和2级扩束模块，其中，1级扩束准直模块用于输出预设宽度的准直片光；可旋转光阑外圆周上设置有两条狭缝带，每条狭缝带沿圆周方向逐渐上升，且每条狭缝带中包括连续分布的多个矩形狭缝，两条狭缝带中的矩形狭缝关于可旋转光阑的轴心对称，准直片光从其中一个矩形狭缝射入，经入射狭缝切割后从与其对称的狭缝中射出，整形为线激光；2级扩束模块用于将线激光整形为具有扩散角度的扫描片激光。通过本发明，解决当前应用于3DLIF技术的片光源扫描系统结构复杂，安装要求苛刻，以及片光不平行的问题。

技术领域

本发明属于激光整形相关技术领域，更具体地，涉及一种用于3DLIF的扫描片光生成系统。

背景技术

激光诱导荧光技术(LIF)是流体力学领域的一种流场观测技术，具体涉及流场的可视化，浓度场及温度场测量等。其主要是利用片光源对流场进行照明，而后对流场中荧光染料受激发产生的荧光信号进行探测，以实现对流体运动的直接观测。由于LIF技术在观测流场运动中的显著优势，目前LIF技术已经得到广泛的应用。一般而言，LIF技术可以实现对流场中的某一个面内的流体流动的观测，因此基本满足对二维流场的测量要求。然而利用LIF技术探究复杂三维流动现象时，往往如盲人摸象，无法对流场中瞬时三维流动特征进行详细了解。鉴于以上问题，有研究人员提出了扫描激光诱导荧光技术(3DLIF)的方案，其基本原理类似CT仪，即在短时间内在获多个平面内的流场特征，最后通过三维重建技术得到流场的三维信息。

在搭建基于3DLIF技术的实验系统前，需要先解决流场的照明问题，即实现片光在待测流场内多个空间位置的扫描。目前国际上解决该问题主要有三种方案，即振镜方案，旋转鼓方案和旋转扫描器方案。然而，上述片光源扫描方案均存在一定的缺陷点，目前振镜是采用最多的方案，其总体系统结构较为简单，但是存在片光不完全平行的问题，从而给后续流场重建引入误差。旋转鼓和旋转扫描器方案虽然能够获得平行片光，但是其系统结构较为复杂，对装置的同心度，安装角度等要求较为苛刻。由于以上问题，上述方案都尚处于科研实验中，未能进入设备产业化阶段。因此，提出一种结构简单且能够使片光源平行扫描测量区域的扫描方案，对流场的测量精度和三维重建是非常必要的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于3DLIF的扫描片光生成系统，解决当前应用于3DLIF技术的片光源扫描系统结构复杂，安装要求苛刻，以及片光不平行的问题。

为实现上述目的，按照本发明面，提供了一种用于3DLIF的扫描片光生成系统，该系统包括三个模块，1级扩束准直模块、可旋转光阑和2级扩束模块，其中，

所述1级扩束准直模块用于输出预设宽度的准直片光；

所述可旋转光阑设置在所述1级扩束准直模块后方，呈圆柱状，其外圆周上设置有两条狭缝带，每条狭缝带沿圆周方向逐渐上升，且每条狭缝带中包括多个矩形狭缝，两条狭缝带中的矩形狭缝关于所述可旋转光阑的轴心对称，准直片光从一个矩形狭缝射入然后从另一个狭缝带中与其对称的矩形狭缝中射出，以此整形为线激光；当所述可旋转光阑沿轴心旋转时，不同的旋转方向对应激光不同的扫描方向；

所述2级扩束模块设置在所述可旋转光阑后方，从所述可旋转光阑出射的线激光进入该2级扩束模块后被整形为具有扩散角度的扫描片激光。

进一步优选地，所述矩形狭缝均匀分布在所述可旋转光阑的圆周上，每个矩形狭缝对应的圆周角为360°/2N，N是单条狭缝带中矩形狭缝的总数量。

进一步优选地，所述矩形狭缝的高度为w，其与所述1级扩束准直模块输出的准直片光的宽度关系如下：

Nw≤S

其中，N是单条狭缝带中矩形狭缝的总数量，S是准直片光的宽度。