用于激光光谱技术的多维片状光束整形调节装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多维片状光束整形调节装置及方法，属于激光光谱应用技术领域。
【背景技术】
[0002]由于激光片状光束整形调节方面的优势，在众多激光光谱实验中广泛应用，PLIF为激光光谱实验中的一种，PLIF【平面激光诱导荧光技术，Planner Laser InducedFluorescence】作为一种激光光谱技术。通过几个一定焦距的柱透镜将可调谐激光扩展准直为符合要求的平面片状光束，片光穿过需要诊断的流场时会有选择的激发流场中的示踪粒子，使示踪粒子中相应的电子受到激发从基态跃迀到激发态。激发态的电子再通过自发辐射从激发态回到基态并发出荧光。利用具有像增强功能的相机【ICCD】记录荧光的强度与位置分布，由此可以分析出流场中浓度，温度，速度等相关参数信息。由于荧光寿命为纳秒量级，ICCD相机的像素也可以达到百万级，所以PLIF技术最大的特点就是其拥有较高的时间分辨率和空间分辨率。同时相比于其他的检测方法，PLIF是一种非接触的测量手段，它可以满足测量需求的同时保证不干扰流场的原有状态。由于以上的的优势，PLIF技术可以应用于高速变化的浓度场与温度场的诊断。在实际PLIF诊断实验中，有很多工况是需要片状光束以不同角度入射到实验区域的。如对超高声速流场进行诊断时，需要不断改变流场中模型的攻角，此时片状光束就需要根据模型攻角的变化，改变片光的角度。这是目前的片光整形系统中的一大局限性，需要亟待解决。
【发明内容】
[0003]本发明为解决在PLIF诊断实验中，由于不同工况是需要片状光束以不同角度入射到实验区域中，现有技术仅能通过改变流场中模型的攻角实现该效果，手段单一费力且不灵活的问题，进而提出一种用于激光光谱技术的多维片状光束整形调节装置及方法。
[0004]本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
[0005]—种用于激光光谱技术的多维片状光束整形调节装置，它包括激光光源1、光阑
2、柱面负透镜3、柱面正透镜一 4、柱面正透镜二 5和片光整形旋转架6 ;
[0006]所述片光整形旋转架6包括底座6-1、光阑用镜框6-2、柱面负透镜用镜框6_3、第一柱面正透镜用镜框6-4、第二柱面正透镜用镜框6-5、两个竖板6-7、两个转盘6-8和多根滑杆6-9，所述底座6-1水平设置，所述底座6-1上并列设置有两个竖板6-7，每个竖板6_7上安装有一个竖直设置的转盘6-8，每个转盘6-8在其所在的竖板6-7内沿其圆周方向自转，每个转盘6-8的中心加工有通孔，所述光阑用镜框6-2内安装有光阑2，所述柱面负透镜用镜框6-3内安装有柱面负透镜3，所述第一柱面正透镜用镜框6-4内安装有柱面正透镜一 4，所述第二柱面正透镜用镜框6-5内安装有柱面正透镜二 5，多根滑杆6-9水平并列设置在两个竖板6-7之间，每根滑杆6-9的一端固定连接在两个竖板6-7中的一个所述竖板6-7上，每根滑杆6-9的另一端依次穿过光阑用镜框6-2、柱面负透镜用镜框6-3、第一柱面正透镜用镜框6-4和第二柱面正透镜用镜框6-5后固定连接在两个竖板6-7中的另一个所述竖板6-7上，所述光阑用镜框6-2、柱面负透镜用镜框6-3、第一柱面正透镜用镜框6-4和第二柱面正透镜用镜框6-5分别与多根滑杆6-9滑动配合，所述激光光源1设置在两个竖板6-7中靠近光阑用镜框6-2的一个竖板6-7外且所述激光光源1的发光端朝向该竖板6-7上的转盘6-8通孔。
[0007]—种利用【具体实施方式】一所述的装置实现用于激光光谱技术的多维片状光束整形调节的方法，所述方法包括以下步骤:
[0008]步骤一:装置的装配工作:首先将光阑2、柱面负透镜3、柱面正透镜一 4和柱面正透镜二 5依次安装至片光整形旋转架6中光阑用镜框6-2、柱面负透镜用镜框6-3、第一柱面正透镜用镜框6-4和第二柱面正透镜用镜框6-5中，再将激光光源1设置在两个竖板6-7中靠近光阑用镜框6-2的一个竖板6-7外，该激光光源1的发光端朝向该竖板6-7上的转盘6-8通孔；
[0009]步骤二:光线整形步骤:由于激光光束行进方向与竖板6-7的宽度方向同向，设定激光行进方向为1轴所在方向，竖板6-7的高度方向为z轴所在方向，与yz平面垂直方向为X轴，其中zy平面为PLIF观测的平面，设定两个转盘6-8中两个圆心之间连线所在的直线为系统中心轴线A-A，调整光阑用镜框6-2使其沿多根滑杆6-9滑动，通过光阑和安装在镜架6-3中的负面柱透镜，两点确定一条直线的原理，保证入射光束入射方向与系统中心轴线A-A重合，同时控制光阑2孔径的大小，选取入射激光中心能量分布均匀的区域作为激光光源，通过光阑2的激光光束接着会入射通过柱面负透镜3，柱面负透镜3对于入射光具有在特定二维平面发散的作用，则激光光束会在yz平面内发散为片状光束，发散的片状光束之后入射到柱面正透镜一 4，入射到柱面正透镜一 4对于入射光在特定二维平面内进行会聚，所以发散的激光光束会在yz平面内会聚，调整柱面负透镜用镜框6-3和第一柱面正透镜用镜框6-4之间的距离直至柱面负透镜3与柱面正透镜一 4的焦点重合时定位，即二者之间的距离为柱面正透镜一 4与柱面负透镜3的焦距之差为F-f时，激光光束在xy平面内会重新变回准直光束，“线形”的激光光束变为片状激光光束，激光光束的宽度为激光光斑直径乘以柱面正透镜一 4与柱面负透镜3的焦距之比F/f ;
[0010]步骤三:光线聚焦步骤:最后通过第二柱面正透镜用镜框6-5上的柱面正透镜二 5使经过准直的片状激光光束经过柱面正透镜二 5在xy平面内聚焦，直接进行观测即可。
[0011]—种利用【具体实施方式】一所述的装置实现用于激光光谱技术的多维片状光束整形调节的方法，所述方法包括以下步骤:
[0012]步骤一:装置的装配工作:首先将光阑2、柱面负透镜3、柱面正透镜一 4和柱面正透镜二 5依次安装至片光整形旋转架6中光阑用镜框6-2、柱面负透镜用镜框6-3、第一柱面正透镜用镜框6-4和第二柱面正透镜用镜框6-5中，再将激光光源1设置在两个竖板6-7中靠近光阑用镜框6-2的一个竖板6-7外，该激光光源1的发光端朝向该竖板6-7上的转盘6-8通孔；
[0013]步骤二:光线整形步骤:由于激光光束行进方向与竖板6-7的宽度方向同向，设定激光行进方向为1轴所在方向，竖板6-7的高度方向为z轴所在方向，与yz平面垂直方向为X轴，其中zy平面为PLIF观测的平面，通过光阑2的激光光束接着会入射通过柱面负透镜3，柱面负透镜3对于入射光具有在特定二维平面发散的作用，则激光光束会在yz平面内发散为片状光束，发散的片状光束之后入射到柱面正透镜一 4，入射到柱面正透镜一 4对于入射光在特定二维平面内进行会聚，所以发散的激光光束会在yz平面内会聚，调整柱面负透镜用镜框6-3和第一柱面正透镜用镜框6-4之间的距离直至柱面负透镜3与柱面正透镜一 4的焦点重合时定位，即二者之间的距离为柱面正透镜一 4与柱面负透镜3的焦距之差为F-f时，激光光束在xy平面内会重新变回准直光束，“线形”的激光光束变为片状激光光束，激光光束的宽度为激光光斑直径乘以柱面正透镜一 4与柱面负透镜3的焦距之比F/f ;
[0014]步骤三:光线聚焦步骤:最后通过第二柱面正透镜用镜框6-5上的柱面正透镜二 5使经过准直的片状激光光束经过柱面正透镜二 5在xy平面内聚焦，直接进行观测即可；
[0015]步骤四:光线旋转步骤:设定两个转盘6-8中两个圆心之间连线所在的直线为系统中心轴线A-A，利用光阑2与柱面负透镜3共轴来调节激光光束入射角度直至激光光束入射角度与系统中心轴线A-A重合，调整光阑用镜框6-2使其沿多根滑杆6-9滑动距离直至选取到激光光束中能量分布较为均匀的中间区域后定位，在旋转两个转盘6-8使光阑用镜框6-2、柱面负透镜用镜框6-3、第一柱面正透镜用镜框6-4和第二柱面正透镜用镜框6-5同步转动，根据实验场的要求，控制片状激光光束旋转角度，实现片光的绕系统中心轴线A-A旋转。
[0016]本发明与现有技术相比的有益效果:
[0017]1、本发明涉及一种利用柱透