[实用新型]基于太赫兹脉冲测量的燃烧温度传感装置

摘要

本实用新型公开了一种基于太赫兹脉冲测量的燃烧温度传感装置。本实用新型激光从飞秒激光器发射，经过分束器分为参考激光和探测激光，探测激光聚焦到光电导天线型太赫兹发射器上，太赫兹发射器发射出的太赫兹脉冲，经离轴抛物面镜组会聚到ZnTe晶体上，参考激光经半透反射镜、平行光栅组、偏振片后和会聚到ZnTe晶体上的太赫兹波准直重合，利用ZnTe晶体的Pockels效应实现太赫兹波的调制，CCD探测器将采集到的携带太赫兹脉冲强度信息的第一参考激光和不携带太赫兹脉冲强度信息的第二参考激光所对应的图像信号输入计算机进行后续处理。本实用新型提高非接触燃烧测量方法精度、速度，实现燃烧对象温度、温度分布的非接触测量。

主权项

基于太赫兹脉冲测量的燃烧温度传感装置，包括飞秒激光器、分束器、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、聚焦透镜、光电导天线型太赫兹发射器、离轴抛物面镜组、第一半透反射镜、第二半透反射镜、平行光栅组、平面反射镜、第一偏振片、第二偏振片、ITO玻璃、ZnTe晶体、CCD探测器、计算机、函数发生器、高频功率放大器、一维光学平移台,其特征在于：激光从飞秒激光器发射，经过分束器分光后，分为参考激光和探测激光两路，其中探测激光依次通过第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜反射后由聚焦透镜聚焦到光电导天线型太赫兹发射器上，光电导天线型太赫兹发射器在探测激光和高频功率放大器的电压激励作用下发射出太赫兹脉冲，太赫兹脉冲经过离轴抛物面镜组一侧的离轴抛物面镜的准直后成为平行的太赫兹波，并穿过燃烧区域，另一侧的离轴抛物面镜将平行的太赫兹波会聚到ZnTe晶体上，分束器分出的参考激光经过第一半透反射镜后入射到一对平行光栅组上，经过平行光栅组的参考激光由平面反射镜反射回平行光栅组，实现参考激光的频率啁啾和时间展宽，时间展宽后的参考激光由第一半透反射镜反射通过第一偏振片，经过第一偏振片的参考激光由ITO玻璃反射到ZnTe晶体上，和会聚到ZnTe晶体上的太赫兹波准直重合，利用ZnTe晶体的泡克耳斯效应实现对太赫兹波的调制，偏振状态被太赫兹波调制的第一参考激光穿过第二半透反射镜后，再经过第二偏振片，携带太赫兹脉冲强度信息的第一参考激光被第四平面反射镜反射到CCD探测器探测接受，同时由于ZnTe晶体的双折射效应，不携带太赫兹脉冲强度信息的第二参考激光经过第二半透反射镜、第六平面反射镜、第五平面反射镜反射后也入射到CCD探测器被探测接收，CCD探测器将采集到的携带太赫兹脉冲强度信息的第一参考激光和不携带太赫兹脉冲强度信息的第二参考激光所对应的图像信号输入计算机进行后续处理；函数发生器产生基频正弦波信号输入到高频功率放大器，高频功率放大器驱动光电导天线型太赫兹发射器周期产生太赫兹脉冲，同时函数发生器产生倍频的倍频矩形波信号控制CCD探测器的采样周期是太赫兹脉冲发射频率的两倍；所述的平行光栅组为平行放置的一组光栅，平面反射镜将平行光栅组啁啾展宽后的参考激光脉冲反射回入射光路；所述的ITO玻璃使反射到ZnTe晶体上的参考激光脉冲与会聚到ZnTe晶体上的太赫兹脉冲共点共轴；所述的一维光学平移台上放置了第一平面反射镜、第二平面反射镜，通过光学延迟方法将太赫兹脉冲定位于同步探测脉冲的持续时间内，同时通过一维光学平移台的调整，将太赫兹脉冲的成像位置调节到CCD探测器的中央区域；所述的函数发生器产生两种不同频率的电压信号，分别是基频正弦波脉冲信号和倍频矩形波脉冲信号；基频正弦波信号输入到高频功率放大器，经过放大后加载到光电导天线型太赫兹发射器上形成光电导天线的周期电压激励，当探测激光入射到光电导天线型太赫兹发射器上时产生瞬间的光生载流子，光生载流子在正半周正弦电压激励下辐射出太赫兹脉冲，光生载流子在负半周正弦电压激励下将不辐射出太赫兹脉冲；倍频矩形波脉冲信号输入到CCD探测器作为CCD探测器的采样同步信号，由于倍频矩形波脉冲信号和基频正弦波信号频率相差一倍，因此相邻采集的两帧CCD图像中一帧是太赫兹脉冲存在的图像，一帧是没有太赫兹脉冲存在的图像，通过CCD倍频采样的方法实现测量的动态修正。