[发明专利]一种实时监测可调谐激光器输出激光波长和能量的装置及方法

说明书

本发明公开了一种实时监测可调谐激光器输出激光波长和能量的装置及方法，所述装置由分光镜、平凸柱透镜、平焰燃烧器、滤光片、凸透镜、光电倍增管和能量探头构成，激光光束沿X轴入射，经分光镜反射分出一束参考光，参考光通过平凸柱透镜形成平面激光光束，平面激光光束穿过平面火焰中心区域并进入能量探头；平面激光光束穿过平面火焰中心区域时激发平面火焰中的OH并产生荧光，凸透镜将滤光片截止范围内的荧光收集并聚焦于光电倍增管探测区。本发明可实时监测试验过程中可调谐激光器所输出的波长和能量，避免因激光波长偏移而导致的试验效果差甚至导致试验失败，同时实时获得的激光脉冲能量可用于矫正激光能量波动而带来的试验测量误差。

技术领域

本发明属于激光光谱诊断技术领域，涉及一种实时监测可调谐激光器输出激光波长和能量的装置及方法。

背景技术

今天，随着飞机的涡轮发动机、军用飞机超燃冲压发动机和火箭发动机内部燃烧室中燃烧场的研究日益深入，面对传统燃烧场测量方法的诸多弊端，激光光谱诊断技术已经成为一类非常热门的研究课题，该技术拥有替代传统燃烧场诊断技术的巨大潜力。

激光光谱诊断技术虽然相对燃烧场诊断技术具有诸多优点，如时间分辨率高、非入侵式和可实现多组分同步测量等，但应用过程中可调谐激光器输出波长的偏移将直接影响试验数据的获得甚至导致试验失败，因此实时监测可调谐激光器输出激光波长就显得尤为重要。

在发动机台架试验中，环境温度、湿度和试验过程中的振动等都会直接影响可调谐激光器输出激光波长和能量，因此设计一种实时监测可调谐激光器输出激光波长的装置及方法，可以实时监测激光器输出波长是否正确、能量是否稳定，确保获得可靠准确的试验数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时监测可调谐激光器输出激光波长和能量的装置及方法，可实时监测试验过程中可调谐激光器所输出的波长和能量，避免因激光波长偏移而导致的试验效果差甚至导致试验失败，同时实时获得的激光脉冲能量可用于矫正激光能量波动而带来的试验测量误差。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种实时监测可调谐激光器输出激光波长和能量的装置，包括分光镜、平凸柱透镜、平焰燃烧器、滤光片、凸透镜、光电倍增管、能量探头，其中：

所述平焰燃烧器、滤光片、凸透镜和光电倍增管沿X轴方向依次设置；

所述分光镜、平凸柱透镜、平焰燃烧器和能量探头沿Y轴方向依次设置；

所述平焰燃烧器接有甲烷/空气预混燃气供气系统，形成稳定的平焰火焰；

激光光束沿X轴入射，经分光镜反射分出一束参考光，参考光通过平凸柱透镜形成平行于Y-Z平面的平面激光光束，平面激光光束穿过平面火焰中心区域并进入能量探头；平面激光光束穿过平面火焰中心区域时激发平面火焰中的OH并产生荧光，凸透镜将滤光片截止范围内的荧光收集并聚焦于光电倍增管探测区。

一种利用上述装置实现对可调谐激光器输出激光波长实时监测的方法，包括如下步骤：

步骤一、点燃平焰燃烧器，形成稳定的平焰火焰；

步骤二、可调谐激光器输出的激光光束沿X轴入射，经分光镜反射的参考光经由平凸柱透镜聚焦形成平行于Y-Z平面的平面激光光束，平面激光光束通过平焰火焰中心区域产生荧光；

步骤三、凸透镜收集滤光片截止范围内的荧光信号，并焦距于光电倍增管的探测区；

步骤四、光电倍增管将获得的荧光信号转换为电信号，通过获得电信号强度的变化判断可调谐激光器输出的激光光束波长是否正确，当电信号数字最大时，输出波长正确。

利用上述装置实现对可调谐激光器输出激光能量实时监测的方法，包括如下步骤：