[发明专利]一种基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的方法

说明书

本发明公开基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的方法，包括步骤：第一纳秒激光器输出CH₃的光解激光，第二纳秒激光器输出CH₃光解产物CH的探测激光；光解激光与探测激光经反射镜及合束镜合束实现空间重合，合束后激光经透镜组合由激光束转变为激光片，调整激光片聚焦于待测流场区域，流场中CH₃先会被光解激光通过单光子过程光解产生处于低能级的CH，之后再被探测激光激发至处于高能级的CH，高能级的CH跃迁回低能级的CH过程中释放出荧光信号，被ICCD相机捕捉传输到控制系统处理。本发明实验系统简单，能够实现CH₃的无干扰在线测量,光解效率高，产率高；够实现流场中CH₃单幅瞬态成像。

技术领域

本发明涉及甲基测量与成像技术领域，特别是涉及一种基于光解激光诱导荧光实现甲基测量与成像的方法。

背景技术

甲基(CH₃)是燃料燃烧、大气化学、化学气相沉积以及超快动力学等领域的重要中间组分。在化工行业，CH₃是基于化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)技术合成金刚石的关键前驱物，近年来随着CVD单晶体金刚石快速合成技术取得重大突破，相关研究人员逐渐关注于合成更大尺寸的金刚石，而这一过程需要实现对CH₃空间分布的在线测量。在燃烧领域，特别是天然气(CH₄)的燃烧，CH₃也发挥着重要的作用。首先，CH₃被认为是引发燃烧反应基链过程的主要组分，主导着碳氢类燃料的着火和火焰传播等。其次，有研究表明燃烧过程中多环芳香烃(PAH)和碳烟(Soot)的产生与CH₃有关，因此为提高燃料燃烧效率、降低污染物排放需要对CH₃作深入的研究。第三，燃烧直接数值模拟(Direct NumericalSimulation，DNS)结果显示燃烧场中CH₃的空间分布与火焰的局部释热率存在相关性，这意味着对燃烧场中的CH₃进行可视化能够推演出燃烧释热率的分布信息。由此可以看出，开发相应的测试技术实现对流场或燃烧场中CH₃的测量与成像在诸多领域都有着重要的意义。

CH₃作为化学反应过程中的中间组分，存活寿命极短，无法采用传统的取样法测量，目前已知的关于CH₃的测量方法以光学测量为主，按照测量原理主要分为质谱法、吸收光谱法、简并四波混频(Degenerate Four-wave Mixing，DFWM)和共振增强多光子电离(Resonance Enhanced Multi-photon Ionization，REMPI)等方法。上述测量手段虽能够实现CH₃的高灵敏度测量，但在测量过程中都存在某些不可避免的问题。如吸收光谱法的空间分辨率较低；DFWM技术是基于三阶非线性光学效应，实验系统较为复杂；REMPI法测量CH₃时收集电子或离子所需的物理探针或电极会对反应流场造成干扰；基于REMPI的相干微波瑞利散射技术虽能实现CH₃的浓度测量和通过逐点扫描实现CH₃的二维测量，但依旧不能解决空间分辨率低的问题。