波长调制吸收光谱技术的燃气轮机燃烧室温度组分二维分布测量方法

可调半导体激光光谱技术（TDLAS）可实现温度、组分浓度等多参数同时测量,具有体积小、响应速度快、环境适应性高等优点,逐渐成为燃烧流场诊断的主要手段之一。TDLAS光谱测量常采用直接吸收技术和波长调制技术,其中强度归一化的波长调制技术,适合存在振动、湍流等致光束偏转效应和强辐射本底等恶劣应用环境条件的燃气轮机流场参数测量。基于TDLAS技术,开展了1f归一化波长调制技术燃气轮机燃烧室温度、组分浓度参数测量方法研究和实验室验证工作,并在某燃气轮机单喷嘴台架进行了冷态、热态试验验证,实现了燃气轮机燃烧室沿气流方向温度及H₂O、CH₄浓度二维分布测量。采用1f归一化波长调制技术抑制台架振动、热辐射背景噪声,采用1 392,1 469和1 343 nm蝶形封装的DFB激光器,三支激光器的出光方式为时分复用,选取H₂O的7 185.6,6 807.83和7 444.3 cm-1处的吸收线,两两组合使用,测量热态下一定范围内的温度和H₂O浓度;采用1 654 nm蝶形封装的DFB激光器,选取CH₄的6 046.96 cm-1处的吸收线进行冷态CH₄浓度测量。实验室对测量系统可靠性进行验证,配置4%~6%范围内的CH₄气体进行测量并与实际值对比,浓度测量最大相对偏差为3.72%;在高温炉中设定900~1 500 K范围内的温度台阶,充入纯水汽,计算不同设定温度和压力下的温度和浓度测量值,温度测量最大相对偏差3.07%,浓度测量最大相对偏差为-2.00%,验证了该测量系统的可靠性。台架燃气轮机实验中,集成了一套小型化测量仪器,设计多束激光收发一体的测量结构。实验采用两个电动位移台,搭载测量结构,每间隔5 mm逐点移动采样,对燃气轮机燃烧室300 mm×60 mm的燃烧区域进行测量,获取了若干工况下冷热态结果。通过双三次插值的方法绘制分辨率为0.5 mm的二维流场分布图,结果分别反映了测量区域范围内CH₄和火焰分布的真实状态。为燃气轮机喷嘴燃料、空气掺混情况和燃烧特性研究提供了新的研究方法和技术手段。     

基于背景光调制的复合光傅里叶变换轮廓术

提出一种基于背景光调制的用于傅里叶变换轮廓术测量范围的复合光栅,该光栅通过调制一正弦条纹和不含任何相位信息的背景光来抑制零频,较基于相移技术的复合光栅有更大的优势:背景光只含直流分量,使得复合光栅的频谱更加简单,有利于滤出载波信息,提高测量精度;对从复合光栅中解调出来的背景光只涉及平均值校准,校准过程更为简单;解调出的背景光与物体表面的反射率成正比,具有潜在的应用价值。采用Matlab程序对该复合光栅进行了数值模拟,并对该光栅实用性进行了实验研究,结果证实了该光栅用于抑制零频、扩大傅里叶变换轮廓术测量范围的有效性,且提高了测量精度。     

Brewster-angle cut doubled light shutter

New types of doubled electro-optic, and low voltage controlled doubled elasto-optic light shutters containing Brewster-angle cut crystals instead of separate polarizers are investigated. Light transmission characteristics show that the devices without polarizers can give a modulation depth of about 20%.     

相位—啁啾调控对高次谐波光谱的影响

理论研究了在激光相位和啁啾调控共同影响下高次谐波光谱的变化。结果表明：当激光相位为0时,一阶啁啾调控使谐波能量延伸。二阶啁啾调控会呈现高强度谐波平台区。当激光相位为0.5π时,一阶啁啾调控可以获得连续平台区,但是强度较弱。在二阶啁啾调控下,谐波能量得到明显增大。通过谐波时频分析给出了不同激光波形下产生高次谐波光谱的原因。     

基于电光调制提高静态傅里叶干涉具光谱分辨率的研究

在静态干涉系统中,采用电光调制可变折射率晶体LiNbO₃做静态傅里叶干涉具的材料,两侧分别加载相位相反的调制信号,从而在不改变静态傅里叶干涉具尺寸的条件下提高光谱分辨率。通过推导光程差函数与折射率调制度的函数关系,计算得在折射率调制度为0.030的条件下,比同尺寸干涉具光谱分辨率提高了16.7倍,达到2.836 cm-1。仿真结果表明折射率调制度会因波长增大而减小,光程差函数会随干涉位置的增大而产生偏大的现象。实际探测过程中,由于光谱范围500～1 100 nm相对较窄,波长变化造成的光谱探测失真不大,可以通过标定补偿,所以应用该方法可以有效地提高静态干涉系统的光谱分辨率。     

基于频率调制激光驱动的囚禁离子几何相位逻辑门

为了避免激光相位的起伏对几何相位逻辑门保真度的影响, 提出一种基于囚禁离子的量子几何相位逻辑门的新方案。该机制是利用一束频率调制的行波激光场作用于两个囚禁离子上实现的。它的优点有：操作简单,仅需一步就能实现。不灵敏于激光场的相位也不需要对囚禁离子进行个别寻址。     

Two localized CO2 laser treatment methods for mitigation of UV damage growth in fused silica

Two methods：high-power,short-time,single-shot irradiation（Method A） and low-power,long-time,multi-shot irradiation（Method B） are investigated to mitigate the UV damage growth in fused silica by using a 10.6-μm CO2 laser.To verify the mitigation effect of the two methods,the laser induced damage thresholds（LIDTs） of the mitigated sites are tested with a 355-nm,6.4-ns Nd：YAG laser,and the light modulation of the mitigation sites are tested with a 351-nm continuous Nd：YLF laser.The mitigated damaged sites treated with the two methods have almost the same LIDTs,which can recover to the level of pristine material.Compared with Method A,Method B produces mitigated sites with low crater depth and weak light modulation.In addition,there is no raised rim or re-deposited debris formed around the crater edge for Method B.Theoretical calculation is utilized to evaluate the central temperature of the CO2 laser beam irradiated zone and the radius of the crater.It is indicated that the calculated results are consistent with the experimental results.     

利用法布里-珀罗腔抑制电光相位调制中的剩余幅度调制

激光经电光相位调制后,由于剩余幅度调制的存在造成调制边带幅度不相等。利用法布里-珀罗腔的透射特性和Pound-Drever-Hall技术对通过法布里-珀罗腔的调制光正、负一级边带的幅度产生不同的衰减,使得调制边带的幅度相等,从而实现对电光相位调制中剩余幅度调制的抑制。采用该方法,理论上计算了调制光经法布里-珀罗腔后的光外差光谱信号,获得锁定法布里-珀罗腔后调制边带幅度的不对称度较腔锁定前减小四个数量级。实验研究了调制光经法布里-珀罗腔透射的光外差光谱,结果表明将法布里-珀罗腔锁定于该透射光外差光谱中心零位时,对剩余幅度调制的抑制程度可达45 dB。     

Photon counts modulation in optical time domain reflectometry

The quantum fluctuation of photon counting limits the field application of optical time domain reflection. A method of photon counts modulation optics time domain reflection with single photon detection at 1.55 μm is presented. The influence of quantum fluctuation can be effectively controlled by demodulation technology since quantum fluctuation shows a uniform distribution in the frequency domain. Combined with the changing of the integration time of the lock-in amplifier, the signal to noise ratio is significantly enhanced. Accordingly the signal to noise improvement ratio reaches 31.7 dB compared with the direct photon counting measurement.     

基于串行最小频移键控的8进制调制的研究

提出了一种新型的基于串行结构的最小频移键控调制技术,产生了相位连续,频谱宽度窄,每码元时间有两次π/2相移,类似于传统最小频移键控调制信号,给出了该调制方案的理论推导,并将其应用于8进制的多维多阶调制系统中。理论和仿真分析了不同的8进制调制方案在频谱特性,残留色散容限,自相位调制容限的不同,还分析了其受到系统滤波带宽的影响。最后仿真实现了通过350km的色散完全补偿的光纤120Gb/s的数据传输。