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《自发喇曼成像法在线测量流场组分浓度》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第13卷 第5期强激光与粒子束Vol.13,No.52001年9月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSSep.,2001文章编号:100124322(2001)0520545204X自发喇曼成像法在线测量流场组分浓度(I)1,2111赵伟力, 多丽萍, 闵祥德, 桑凤亭(1.中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023;2.海军大连舰艇学院,辽宁大连116018) 摘 要:介绍了自发喇曼成像技术实时监测流场组分浓度的方法,利用Nd:YAG脉冲激光器以及ICCD和光谱仪对大气进行了不同实验条件的测
2、试,得到了影响谱线强度及测试精度的几个因素;得到了大气流场各主要成分的自发喇曼散射光谱和绝对浓度,测量误差小于18%。该技术可望在氧碘化学激光器单重态氧发生器物种浓度测定时得以应用以改善O2(a$)浓度测试精度较低的现状。 关键词:自发喇曼散射;在线测量;流场 中图分类号:O562.5文献标识码:A 氧分子是大气的重要成分之一,对它的各种性质的研究一直为人们所重视。近年来随着氧碘化学激1光器(COIL)的发展,使氧的研究又具有了新的意义。氧碘化学激光器的化学能源是单重态氧O2(a$),1故O2(a$)发生器的性能将直接影
3、响到激光器的输出功率。为了准确检测工作状态下COIL的单重态氧1发生器气流中O2(a$)的绝对浓度,人们探求了许多办法,但迄今仍没找到一种既方便又准确的方法来1[1]测定O2(a$)的绝对浓度,如EPR法比较昂贵,响应速度较慢,而且只能在200Pa左右以下压力进行[2][3]检测;光电离光谱法测试精度受杂质影响较大;量热法虽方便易行,但只能适用于小型的COIL;吸[4]1收光谱法通过测基态氧浓度来获得O2(a$)的浓度,由于吸收系数较低,测量不易,且信噪比也需进[5,6]1一步提高;发射光谱法多用于O2(a$)相对浓度测量,对
4、于绝对浓度测量,标定不易且误差较大。 基于以上原因,我们采用了方便准确的自发喇曼成像法,利用ICCD对大气流场进行了测量,仅在4[7]秒钟内便得到了空气的主要组分的自发喇曼散射信号,并由各自的散射截面及系统的总压力计算出13了各组分的绝对浓度。在可见光波段,COIL中单重态氧发生器O2(a$)和O2(X2)的Q2支斯托克斯频[8]1移差为3nm,可用OMA直接测量其相对浓度,并由二者喇曼散射截面的比值得到O2(a$)的绝对浓13度。由于单重态氧发生器中O2(a$)和O2(X2)的分压及运行时间均可满足我们的实验条件,因此该方
5、1法有望应用于在线测定单态氧发生器中O2(a$)的绝对浓度,其误差将远小于其它测试方法。[9] 由分子光谱学可知,自由分子由始态m跃迁到终态n所对应的喇曼散射总强度为752P421Mj)mr(Mi)rn(Mi)mr(Mj)rnImn=24I0(M0-Mmn)∑û(Aij)mnû,(Aij)mn=h∑M+(1)3ci,jrmr-M0Mrn+M0式中:I0为频率为M0的入射光强;Mmn为喇曼频移;r是与某一电子激发态相联系的中间态;(Mi)rn,(Mj)mr分别是从r到n态i方向和从m到r态j方向的电偶极跃迁矩。由(1)式可见喇
6、曼散射强度与入射光强成正比,与激光频率的4次方成正比。1 实验装置 实验装置如图1所示。考虑到尽量避免实验测量中的荧光干扰问题,另外喇曼散射强度又与激光频率的4次方成正比,故光源采用倍频(532nm)的Nd:YAG激光器(SpectraPhysics,Quanta2Ray),输出21光为椭圆偏振状态,线宽小于1cm,激光器的频率为10Hz,脉宽为8ns,每个脉冲的激光能量约为400mJ。用一fö6.7的聚焦透镜将激光光束聚焦于大气流场当中,焦点直径约为1mm,用一fö2.0的透X收稿日期:2001202220;修订日期:20
7、01205218基金项目:国家863激光技术领域资助(863241024)课题作者简介:赵伟力(19672),女,博士研究生,现从事氧碘化学激光器诊断测试及相关基础研究工作;大连110信箱。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.546强激光与粒子束第13卷镜在焦点后方与激光光束垂直方向收集散射的喇曼信号并准直,然后再用一fö1.6的透镜成像于带有notch2filter的fö6.5的ActonSpectrpro500光谱仪的狭缝上,光被12
8、00Lömm、闪耀波长为500nm的光栅分光并重新聚焦于一PrincetonInstruments的2561024ICCD阵列上,每一个像素的尺寸为23Lm×23Lm,将ICCD冷却到-25℃以减小暗电流的影响。用激光器的Q2Switch同步输出脉冲外部触发数字延迟ö脉冲发生
