用于激光光譜技術的多維片狀光束整形調節裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多維片狀光束整形調節裝置及方法，屬于激光光譜應用技術領域。
【背景技術】
[0002]由于激光片狀光束整形調節方面的優勢，在眾多激光光譜實驗中廣泛應用，PLIF為激光光譜實驗中的一種，PLIF【平面激光誘導熒光技術，Planner Laser InducedFluorescence】作為一種激光光譜技術。通過幾個一定焦距的柱透鏡將可調諧激光擴展準直為符合要求的平面片狀光束，片光穿過需要診斷的流場時會有選擇的激發流場中的示蹤粒子，使示蹤粒子中相應的電子受到激發從基態躍迀到激發態。激發態的電子再通過自發輻射從激發態回到基態并發出熒光。利用具有像增強功能的相機【ICCD】記錄熒光的強度與位置分布，由此可以分析出流場中濃度，溫度，速度等相關參數信息。由于熒光壽命為納秒量級，ICCD相機的像素也可以達到百萬級，所以PLIF技術最大的特點就是其擁有較高的時間分辨率和空間分辨率。同時相比于其他的檢測方法，PLIF是一種非接觸的測量手段，它可以滿足測量需求的同時保證不干擾流場的原有狀態。由于以上的的優勢，PLIF技術可以應用于高速變化的濃度場與溫度場的診斷。在實際PLIF診斷實驗中，有很多工況是需要片狀光束以不同角度入射到實驗區域的。如對超高聲速流場進行診斷時，需要不斷改變流場中模型的攻角，此時片狀光束就需要根據模型攻角的變化，改變片光的角度。這是目前的片光整形系統中的一大局限性，需要亟待解決。

【發明內容】

[0003]本發明為解決在PLIF診斷實驗中，由于不同工況是需要片狀光束以不同角度入射到實驗區域中，現有技術僅能通過改變流場中模型的攻角實現該效果，手段單一費力且不靈活的問題，進而提出一種用于激光光譜技術的多維片狀光束整形調節裝置及方法。
[0004]本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是:
[0005]—種用于激光光譜技術的多維片狀光束整形調節裝置，它包括激光光源1、光闌
2、柱面負透鏡3、柱面正透鏡一 4、柱面正透鏡二 5和片光整形旋轉架6 ;
[0006]所述片光整形旋轉架6包括底座6-1、光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6_3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4、第二柱面正透鏡用鏡框6-5、兩個豎板6-7、兩個轉盤6-8和多根滑桿6-9，所述底座6-1水平設置，所述底座6-1上并列設置有兩個豎板6-7，每個豎板6_7上安裝有一個豎直設置的轉盤6-8，每個轉盤6-8在其所在的豎板6-7內沿其圓周方向自轉，每個轉盤6-8的中心加工有通孔，所述光闌用鏡框6-2內安裝有光闌2，所述柱面負透鏡用鏡框6-3內安裝有柱面負透鏡3，所述第一柱面正透鏡用鏡框6-4內安裝有柱面正透鏡一 4，所述第二柱面正透鏡用鏡框6-5內安裝有柱面正透鏡二 5，多根滑桿6-9水平并列設置在兩個豎板6-7之間，每根滑桿6-9的一端固定連接在兩個豎板6-7中的一個所述豎板6-7上，每根滑桿6-9的另一端依次穿過光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5后固定連接在兩個豎板6-7中的另一個所述豎板6-7上，所述光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5分別與多根滑桿6-9滑動配合，所述激光光源1設置在兩個豎板6-7中靠近光闌用鏡框6-2的一個豎板6-7外且所述激光光源1的發光端朝向該豎板6-7上的轉盤6-8通孔。
[0007]—種利用【具體實施方式】一所述的裝置實現用于激光光譜技術的多維片狀光束整形調節的方法，所述方法包括以下步驟:
[0008]步驟一:裝置的裝配工作:首先將光闌2、柱面負透鏡3、柱面正透鏡一 4和柱面正透鏡二 5依次安裝至片光整形旋轉架6中光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5中，再將激光光源1設置在兩個豎板6-7中靠近光闌用鏡框6-2的一個豎板6-7外，該激光光源1的發光端朝向該豎板6-7上的轉盤6-8通孔；
[0009]步驟二:光線整形步驟:由于激光光束行進方向與豎板6-7的寬度方向同向，設定激光行進方向為1軸所在方向，豎板6-7的高度方向為z軸所在方向，與yz平面垂直方向為X軸，其中zy平面為PLIF觀測的平面，設定兩個轉盤6-8中兩個圓心之間連線所在的直線為系統中心軸線A-A，調整光闌用鏡框6-2使其沿多根滑桿6-9滑動，通過光闌和安裝在鏡架6-3中的負面柱透鏡，兩點確定一條直線的原理，保證入射光束入射方向與系統中心軸線A-A重合，同時控制光闌2孔徑的大小，選取入射激光中心能量分布均勻的區域作為激光光源，通過光闌2的激光光束接著會入射通過柱面負透鏡3，柱面負透鏡3對于入射光具有在特定二維平面發散的作用，則激光光束會在yz平面內發散為片狀光束，發散的片狀光束之后入射到柱面正透鏡一 4，入射到柱面正透鏡一 4對于入射光在特定二維平面內進行會聚，所以發散的激光光束會在yz平面內會聚，調整柱面負透鏡用鏡框6-3和第一柱面正透鏡用鏡框6-4之間的距離直至柱面負透鏡3與柱面正透鏡一 4的焦點重合時定位，即二者之間的距離為柱面正透鏡一 4與柱面負透鏡3的焦距之差為F-f時，激光光束在xy平面內會重新變回準直光束，“線形”的激光光束變為片狀激光光束，激光光束的寬度為激光光斑直徑乘以柱面正透鏡一 4與柱面負透鏡3的焦距之比F/f ;
[0010]步驟三:光線聚焦步驟:最后通過第二柱面正透鏡用鏡框6-5上的柱面正透鏡二 5使經過準直的片狀激光光束經過柱面正透鏡二 5在xy平面內聚焦，直接進行觀測即可。
[0011]—種利用【具體實施方式】一所述的裝置實現用于激光光譜技術的多維片狀光束整形調節的方法，所述方法包括以下步驟:
[0012]步驟一:裝置的裝配工作:首先將光闌2、柱面負透鏡3、柱面正透鏡一 4和柱面正透鏡二 5依次安裝至片光整形旋轉架6中光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5中，再將激光光源1設置在兩個豎板6-7中靠近光闌用鏡框6-2的一個豎板6-7外，該激光光源1的發光端朝向該豎板6-7上的轉盤6-8通孔；
[0013]步驟二:光線整形步驟:由于激光光束行進方向與豎板6-7的寬度方向同向，設定激光行進方向為1軸所在方向，豎板6-7的高度方向為z軸所在方向，與yz平面垂直方向為X軸，其中zy平面為PLIF觀測的平面，通過光闌2的激光光束接著會入射通過柱面負透鏡3，柱面負透鏡3對于入射光具有在特定二維平面發散的作用，則激光光束會在yz平面內發散為片狀光束，發散的片狀光束之后入射到柱面正透鏡一 4，入射到柱面正透鏡一 4對于入射光在特定二維平面內進行會聚，所以發散的激光光束會在yz平面內會聚，調整柱面負透鏡用鏡框6-3和第一柱面正透鏡用鏡框6-4之間的距離直至柱面負透鏡3與柱面正透鏡一 4的焦點重合時定位，即二者之間的距離為柱面正透鏡一 4與柱面負透鏡3的焦距之差為F-f時，激光光束在xy平面內會重新變回準直光束，“線形”的激光光束變為片狀激光光束，激光光束的寬度為激光光斑直徑乘以柱面正透鏡一 4與柱面負透鏡3的焦距之比F/f ;
[0014]步驟三:光線聚焦步驟:最后通過第二柱面正透鏡用鏡框6-5上的柱面正透鏡二 5使經過準直的片狀激光光束經過柱面正透鏡二 5在xy平面內聚焦，直接進行觀測即可；
[0015]步驟四:光線旋轉步驟:設定兩個轉盤6-8中兩個圓心之間連線所在的直線為系統中心軸線A-A，利用光闌2與柱面負透鏡3共軸來調節激光光束入射角度直至激光光束入射角度與系統中心軸線A-A重合，調整光闌用鏡框6-2使其沿多根滑桿6-9滑動距離直至選取到激光光束中能量分布較為均勻的中間區域后定位，在旋轉兩個轉盤6-8使光闌用鏡框6-2、柱面負透鏡用鏡框6-3、第一柱面正透鏡用鏡框6-4和第二柱面正透鏡用鏡框6-5同步轉動，根據實驗場的要求，控制片狀激光光束旋轉角度，實現片光的繞系統中心軸線A-A旋轉。
[0016]本發明與現有技術相比的有益效果:
[0017]1、本發明涉及一種利用柱透