大气压非平衡等离子体射流LIF系统构建

典型的LIF系统配置如图6.4.2所示，其中脉冲可调谐激光器系统是LIF系统的核心组件，常见的配置为Nd：YAG激光器和染料激光器的组合[46]。Nd：YAG激光器输出的激光束作为泵浦源，产生1064nm的基频激光或经由倍频晶体产生532nm或355nm等倍频激光进入染料激光器中，并激发染料产生荧光。染料荧光在两块高分辨率的衍射光栅作用下被分散，根据测量目的选取所需要的特定波长，再通过一系列光学器件作用下发生共振，产生单一波长的激光。实验测量中，整个激光诱导荧光系统最终输出的激光波长必须与被测量粒子的低能态与高能态之间的跃迁波长一致。这可以通过使用不同波长范围的染料，以及调谐染料激光器输出的共振激光波长来实现。

图6.4.2　典型的LIF系统配置示意图[46](www.xing528.com)

激光器系统输出的共振激光经过透镜聚焦在等离子体中的待测量区域，激发的荧光经由聚焦透镜和波长选择单元被探测器采集到。一般采用正交系光路几何结构，即入射激光沿x轴传播，线性偏振方向为z轴，探测器检测方向为y轴。经常采用的三种荧光采集系统包括ICCD相机结合滤波片、ICCD相机结合光谱仪，以及PMT结合光谱仪和光子计数器。第一种采集系统在应用中最为常见，可以拍摄荧光信号的二维图像，并与等离子体放电实现触发同步，以获取待测粒子的空间分布和时间分辨信息。第二种采集系统与第一种相比牺牲了一维的空间分辨，但可以得到待测粒子辐射出的荧光光谱信号，通过对该光谱信号的分析，可以获取待测粒子的转动温度和能级分布等信息。第三种采集系统则无法实现空间分辨，只能进行点测量，但其配置可以检测到更加微弱的荧光信号，同时具有更快的响应速度，因此通常用于测量待测粒子的某个精细能级的荧光强度的时间演变（即衰减曲线），获得更加精确的能级信息。触发同步系统一般使用一台数字信号发生器来触发激光器系统和探测器的门控采集电路，因此采集系统和激光系统在时间上能够达到同步，可以得到荧光信号的时间动态信息。