光腔衰荡光谱技术(Cavity Ring Down Spectroscopy, CRDS)是一种高灵敏度的吸收光谱测量技术, 在燃烧场激光光谱诊断领域里是一种十分重要的燃烧产物定量测量手段。文中研究了光腔衰荡光谱技术用于燃烧产物定量测量的原理, 搭建了脉冲型光腔衰荡光谱技术实验系统, 选取OHA2Σ+-X2Π(0, 0)电子跃迁带的P1(2)吸收线谱, 在常压条件下对平面火焰的OH浓度进行了定量测量, 并对激光器线宽及线型、激光器的频率稳定性、火焰温度、光腔参数等因素对测量误差的影响进行了分析讨论。误差分析给出了光腔衰荡光谱技术的几个关键注意事项, 可为光腔衰荡光谱技术的应用提供指南。

燃烧场的流场诊断研究, 有利于燃烧室的结构设计和燃烧状态的组织。研究主要采用激光纹影/阴影和差分干涉方法显示燃烧场的波系结构,并用羟基平面激光诱导荧光（OH-PLIF）方法诊断燃烧边界和核心燃烧区域, 得到了清晰的燃烧场波系显示结果和燃烧情况的PLIF显示结果。将差分干涉/激光阴影和PLIF方法结合, 可以考察波系结构与燃料燃烧的关系。研究采用了一种新型消相干技术的激光纹影, 可以像常规纹影一样用刀口切割光源像, 不会产生明显的激光散斑和衍射现象; 同时在工程上将波系结构显示和PLIF进行同步诊断, 也是比较有意义的工作。该工作对于超声速燃烧流场的研究具有参考意义。

常规CARS采用凸透镜聚焦多束激光于空间一点, 在满足相位匹配条件下产生携带该点温度信息的CARS信号。 常规CARS一次只能测量一个空间点的温度, 难以满足燃烧流场深入研究需要。 为了提高CARS测量能力, 使得CARS在一次测量中获得更多信息, 提出了线CARS测量方法。 线CARS测量方法在常规CARS基础上采用柱面凸透镜替换普通凸透镜, 使得聚焦位置由焦点变为焦线。 由于焦线上的点大部分满足相位匹配关系, 因此可以同时获得多点CARS信号。 后续光路同样采用柱面凸透镜替换普通凸透镜, 通过光谱仪和ICCD相机将CARS信号传输至计算机, 解析出聚焦线上CARS信号对应的温度信息, 实现CARS测量能力由“点”到“线”的提升。 基于平面火焰炉的燃烧实验结果表明: 线CARS可以一次有效测量200个空间点的温度信息, 空间测量长度约3.6 mm, 空间分辨率约18 μm, 测量结果相对不确定度优于7%, 在保持测量精度的同时有效丰富了单次测量信息。

相位匹配是相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温的关键技术之一,针对现有非稳腔空间增强探测(USED)相位匹配方式中存在的背景辐射大、光路调试不灵活以及斯托克斯光利用率低的不足,提出了一种新的USED CARS相位匹配实现方案:即设计一个与斯托克斯光斑大小相当、呈45°斜角的斜反镜,用于反射全部斯托克斯光,并以斜反镜代替传统USED CARS中的环反镜,让泵浦光从斜反镜后方射入,从而形成USED相位匹配方式.新的USED CARS相位匹配方案中:由于斜反镜面积相对于环反镜大为减小,使得因反射而进入光路的背景辐射大幅降低;斜反镜本身可作为光路调节元件,因而增加了光路调试灵活度;斯托克斯光被斜反镜全部反射用于产生CARS信号,提高了其利用效率.基于平面火焰炉稳态火焰开展的测温实验结果表明:新的USED CARS相位匹配方案不但克服了传统USED CARS中存在的不足,而且具有更小的标准差,是一种更为有效的相位匹配方法。

基于法布里-珀罗干涉仪的干涉瑞利散射测速技术原理,结合种子注入Nd∶YAG脉冲激光器、ICCD相机和高光谱分辨法布里-珀罗干涉仪, 建立了一套干涉瑞利散射速度测量系统, 系统的速度测量准确度为10 m/s.对拉瓦尔喷管产生的超声速自由射流开展干涉瑞利散射速度测量, 得到气流的流动速度为366 m/s.在不需要外加任何示踪粒子的条件下, 利用流场气体分子本身的瑞利散射, 实现了对超声速流场速度的非接触测量.

采用近似方法计算了CO分子的总配分函数; 利用该分子的偶极矩函数和在Morse近似下的波函数, 计算了分子的振转跃迁矩阵元及在常温和高温下的吸收系数。 计算结果表明, 在常温(296 K)和高温下(3 000 K), 计算结果与HITRAN数据库和文献值符合的很好, 表明对分子总配分函数和振转跃迁矩阵元的计算是可靠的。 并首次计算了CO分子在更高温度(4 000和6 000 K)下的吸收系数。