Astrella 使 CARS 光谱适用于更绿色的能源和推进系统

客户反馈

“我喜欢 Astrella 的成套式解决方案。 我们花更少的时间优化激光脉冲,有更多的时间使用激光脉冲。 就是这么简单。”

— Alexis Bohlin 博士,荷兰代尔夫特理工大学

挑战

从发电到移动应用,更好地了解燃烧过程有助于提高效率和减少排放。 实现这一理解的关键步骤是,对燃烧火焰的温度和化学成分进行非常详细的绘制。 为了解决污染物形成问题,并揭示有助于推进系统或其他燃烧技术更“绿色”和可持续发展的能量转换机制,需要先进的激光诊断技术来精确地测定标量。 目前,远程探测火焰高温的理想方法是相干公司的 Anti-Stokes Raman Spectroscopy (CARS)。 但这是一项非常复杂的技术,必须由训练有素的激光操作员在实验室中进行。 由荷兰代尔夫特理工大学的 Alexis Bohlin 博士领导的一个团队着手开发一种更简单、可广泛应用的方法。 相干公司的 Astrella 一体化超快再生放大器激光系统成为其工作中的关键推动力。

解决方案

Bohlin 博士解释道,“挑战在于,出色的纯旋转 CARS 技术既需要飞秒脉冲来激发样品中的气体分子,也需要皮秒脉冲来探测它们。 而且,由于火焰温度很高,分子以低数密度存在。 这就需要功率非常高的激光脉冲,脉冲长度最终应接近“变换限制”,并且基本上在相位上完全同步。 用多个激光源来实现这一点不太实际,但是由于 Astrella 的输出令人印象深刻,我们看到了另一种解决方案,那就是将其用作单个激光源”。在实验装置中,他们将 Astrella 输出进行分割,将 35% 的输出压缩为 35 飞秒脉冲,用于脉冲激励(在带宽范围内提供构造双光子对),而剩下的 65% 则用于通过二次谐波带宽压缩 (SHBC) 有效地创建皮秒探测脉冲。 在传输中使用自制的 4f 脉冲整形器,可根据不同化学物质和火焰条件的理想光谱分辨率的需要,将探测脉冲持续时间从约 2 皮秒平滑调整到约 15 皮秒。 由于脉冲来自单个超快源,这些脉冲在火焰的测量位置自动同步,且其高能量含量可通过形成聚焦光束作为光片来实现一维成像。

结果

Bohlin 小组利用纯旋转 CARS 成像方法,成功获得了甲烷/空气不稳定预混火焰锋面温度的高空间和时间分辨率数据。 具体来说,他们演示了 1 kHz 电影 1D-CARS 定量测温法,单次拍摄精度小于 1%,准确度小于 3%。 [1] Bohlin 博士总结道,“放眼全球,精密测温存在诸多诊断挑战,包括一些“奇异”的例子,如发射到太空的激波管和反应式发动机中的空气动力加热。 在过去,您必须以某种方式将这些应用带到实验室,但借助我们基于单个 Astrella 超快源的精简系统,应该可以将仪器应用到实际中,这可能具有变革意义”。

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