（物理电子学专业论文）yrelief方法中激光标记光源及基于该方法空气流场检测系统的研究.pdf

内容提要 ， 风洞流场检测方法是空气动力学的重要实验手段之一。由于缺乏可行的 实验技术来测定瞬时的多点数据，我们对于高速非稳流场基本特性的了解受 到制约。r e l i e f 方法是近年来出现的一种较先进的风洞空气流场测量方法， 但由于其时序关系存在缺陷，故只能对稳定流场的速度进行测量，我们在 r e l i e f 方法基础之上提出并发展了y r e l i e f 方法基于序列脉冲的0 ： 喇曼激发激光感应电子荧光法，实现了对非稳流场的瞬态测量，是流场非接 触测量方法的一大进展。y r e l i e f 方法的创新与独特之处在于它采用的 5 3 2 n m 、5 8 0 r i m 标记光源为序列脉冲工作方式，这就对激光器及整套系统提 出了较高的要求。 作者作为主要成员参与了y r e l i e f 风洞流场测速系统中标记光源、跨 音速小型实验风洞、时序控制系统及图像采集系统等方面的研制工作，并最 终实现了流场的初步测量。谇研究受到了中国航空工业总公司预研经费的资 助。论文的主要工作如下j 一、列举了一些以光学技术作为手段对风洞流场进行测量的传统方法， 进而引出了由美国普林斯顿大学r m i l e s 教授提出并发展的、目前作为分子 标记法最先进代表之一的r e l i e f 方法，阐述了该方法的原理，并在此基础 上发展了y r e l i e f 方法。通过对y r e l i e f 方法的工作原理的分析，提出了 y r e l i e f 方法的时序关系及其主要优点。 二、提出了利用非线性光学频率变换技术获得5 8 0 n m 相干光的方案，从 热效应、时间延迟等方面论证了其可行性。同时对光参量振荡及和频产生过 程进行了理论分析。 1 具体设计了以n d ：y a g 激光器的二次谐波5 3 2 n m 激光泵浦k t p 光参 量振荡器，输出1 2 7 5 n m 激光，并在参量振荡器的腔内与n d ：y a g 激光器的 基频光1 0 6 4 n m 和频，获得5 8 0 n m 激光的实验方案。 2 根据三波互作用稳态耦合波方程，求解单谐振光参量振荡器( s r o ) 的振荡阈值、转换效率、腔内光强分布的表达式、不同透过率下的最佳泵浦 强度以及泵浦强度对转换效率的影响。 3 对和频过程的转换效率、互作用波的能量转化过程、和频晶体特征长 度以及两种极限情况进行了研究。 4 对内腔和频光参量振荡器的工作点、振荡阈值、转换效率等问题进行 了研究，分析了5 3 2 n m 与1 0 6 4 n m 两束光强之比对转换效率的影响，确定了 二者的最佳比值。 5 对k t p 晶体中三波互作用的相位匹配条件、有效非线性系数进行了 计算，为制定实验方案提供了理论指导。 6 分别采用k t p 、b b o 晶体进行了n d ：y a g 激光器的倍频及5 3 2 n m 激 光泵浦内腔和频的实验工作，得到了m j 量级的5 8 0 n m 激光输出，验证了光 参量振荡器的泵浦源与参与和频的n d ：y a g 激光器基频光之间的延迟对提高 5 8 0 n m 激光能量所起的作用。 三、对5 3 2 n m 激光泵浦的超荧光注入氧气受激喇曼散射( s r s ) 进行了 实验研究，达到了r e l i e f 测速系统对5 8 0 n m 激光的能量要求。与此同时与 无种子注入情况下在转换效率、散射光强等方面进行了比较。 四、完成r e l i e f 风洞空气流场测速系统的安装调试工作，主要包括： 1 完成一套8 0 x 8 0 m m 跨音速小型实验风洞系统的安装调试，达到了 设计指标。同时设计制作了y 一型三相异步电动机降压启动电路以保证该 风洞系统的顺利工作。 2 协助完成了对1 9 3 n m 准分子激光器的改进工作，实现了窄线宽、可 调谐运转，单脉冲能量4 0 m j ，线宽o 0 2 5 n m 。 3 根据v i c c d 的工作特性及r e l i e f 系统对时序的要求，研制了一台 时序控制系统同步外触发信号发生器，从而确保了氧分子标记荧光线出现在 v i c c d 的拍摄周期内。 4 掌握了时序控制系统中诸如门开关像增强c c d 摄像头( v i c c d ) 及 其控制盒、与之配套的脉冲发生器( p g 一1 0 ) 、四通道数字式延迟发生器 ( d g 5 3 5 ) 等仪器的参数及使用步骤。 5 安装调试了图像采集系统，包括数据传输电缆和图像捕获卡的制作安 装。 6 对整套系统的各组成部分进行了正确连接，实现了r e l i e f 系统所要 求的时序关系。同时对时序控制部分采取了防空间电磁场辐射干扰等保护措 施以保证系统的正常工作。 五、利用r e l i e f 系统对流场测量进行了初步的实验研究。分别在静止 纯氧条件下、氧气喷流条件下及静止空气条件下拍摄到了清晰的氧分子标记 荧光线，并对标记荧光的寿命进行了测量 关键词：风洞流场检测、y r e l i e f 方法、光参量振荡、租频、受激喇曼 散射、 迢荧光注入、v 仃c c d 、同步乒唪触眷信号发生器 a b s t r a c t t h em e t h o do fa l la i r f l o wt u n n e lf i e l dd i a g n o s t i c si so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t t e c h n i q u e si na e r o d y n a m i c s i nt h ep a s t ，b e c a u s eo f t h ea b s e n c eo fs o m ee f f e c t i v e e x p e r i m e n t a lm e a n s f o rd i a g n o s i n gt h et u n n e lo nd i f f e r e n ts p o t sa t o n et i m e 出e k n o w l e d g eo f t h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so fah i g h s p e e du n s t e a d ya i r f l o wf i e l dw a s b e i n gl i m i t e d t h er e l i e fm e t h o di s o n eo ft h em o s ta d v a n c e da i r f l o wt u n n e l m e a s u r e m e n tt e c h n i q u e sd e v e l o p e dr e c e n t l y u n f o r t u n a t e l y , i t ss e r i o u sd e f a u l ti n t i m eo r d e rr e s u l t si nt h e c o n f i n e m e n to f o n l yd i a g n o s i n gc o n s t a n ta i r f l o w o nt h e b a s i so fi t y r e l i e fm e t h o dh a sb e e nc r e a t i v e l y d e v e l o p e db yu s n a m e l y s t i m u l a t e dr a m a ne x c i t a t i o no f o x y g e nm o l e c u l e sp u m p e db yt r a i np u l s el a s e rp l u s l a s e ri n d u c e de l e c t r o n i cf l u o r e s c e n c em e t h o d i ti sn o to n l ya b l et od e t e c tan o n t u r b u l e n ta i rf l o wf i e l d b u ta l s og e tt h ei n s t a n t a n e o u sv e l o c i t yo fo n es p o t w h i c hi s s u p e r i o r t or e l i e fm e t h o d t h eo r i g i n a l i t yo fy r e l i e fm e t h o di st h a tt h e t a g g i n gl i g h t s o u r c er u n si nt r a i n p u l s e i n s t e a do f s i n g l ep u l s e h o w e v e r , r e q u i r e m e n t sf o rt h el a s e ra n d t h ew h o l es y s t e mb e c o m e h i g h e r t h ea u t h o rh a st a k e np a r ti nt h er e s e a r c ho fa t a g g i n gl i g h ts o u r c e ，as m a l l t r a n s o n i cs p e e de x p e r i m e n t a la i r f l o wt u n n e l ，t i m eo r d e rc o n t r o is y s t e ma n df r a m e g r a b b i n gs y s t e m a n dn o w t h ew h o l e s y s t e mi sf i n a l l ya b l et om e a s u r e af l o wf i e l d t h em a i na c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 a tf i r s t s o m ea d d i t i o n a l o p t i c a ld i a g n o s i n gt e c h n i q u e sf o ra l l a i r f l o wf i e l d w e r ei i s t e d a n d t h e n ，t h er e l i e fm e t h o d ，o n eo ft h em o s ta d v a n c e d m o l e c u l e s m e a s u r i n gm e t h o d ，d e v e l o p e db y p r o f e s s o r m i l e s ，p r i n c e t o n u n i v e r s i t y , w a si n t r o d u c e d ，i n c l u d i n g t h e p r i n c i p l e a n di t s a d v a n t a g e s m e a n w h i l e y r e l i e fm e t h o d w a s p u tf o r w a r db a s e do ni t 2 t h em e t h o d e m p l o y i n g n o n l i n e a r o p t i c a lt e c h n o l o g y t o g e n e r a t e 5 8 0 n m c o h e r e n tr a d i a t i o nw a s p r o p o s e da n dt h ep r a c t i c a b i l i t yo fi t ，i n c l u d i n gt h e r m a l e f f e c ta n dt i m ed e l a y , w a sp r o v e d t h e n ，t h ep r o c e s s e so f o p t i c a lp a r a m e t r i c o s c i l l a t i o n ( o p o ) a n ds u mf r e q u e n c yg e n e r a t i o n ( s f g ) w e r ea l s oa n a l y z e d t h e o r e t i c a l l y 1 ) t h e e x p e r i m e n t a ls c h e m ew a sd e s i g n e di nw h i c ht h es e c o n dh a r m o n i c so f n d ：y a gl a s e r - - 5 3 2 n mp u m p e da no p t i c a lp a r a m e t r i co s c i l l a t o rb a s e do n k t pc r y s t a lt og e n e r a t e12 7 5 n mp a r a m e t r i cl i g h t w h i c ht h e nm i x e dw i t i l t h ef u n d a m e n t a l so fn d y a gl a s e r l0 6 4 n mi no p oc a v i t y t h u st h e o u t p u to f 5 8 0 n mc o h e r e n tr a d i a t i o nw a so b t a i n e d 2 ) t h et h r e s h o l d ，c o n v e r s i o ne f f i c i e n c ya n dl i g h ti n t e n s i t yi no p o sc a v i t yo f s i n g l e r e s o n a n t o p o ( s r o ) w e r es t u d i e d w i t ht h r e e w a v ei n t e r a c t i o n c o u p l e de q u a t i o n s i na d d i t i o n t h eo p t i m a lp u m pi n t e n s i t yw i md i f f e r e n t t r a n s m i s s i o nr a t i o na n dt h ee f f e c to fp u m pi n t e n s i t yt oc o n v e r s i o ne f f i c i e n c y w e r ea l s oc a l c u l a t e dn u m e r i c a l l y 3 ) t h ec o n v e r s i o ne f f i c i e n c y , e n e r g y t r a n s f o r m a t i o no ft h et h r e e w a v e s ， c r y s t a l sc h a r a c t e r i s t i cl e n g t ha n dt w ol i m i t i n gc a s e so f s f gw e r es t u d i e d 4 1t h eo p e r a t i o np o i n t ，t h r e s h o l da n dc o n v e r s i o ne m c i e n c yo fi n t r a c a v i t y s f g o p ow e r es t u d i e d t h ee f f e c to fi n t e n s i t yr a t i oo f5 3 2 n ma n d 10 6 4 n ml a s e r st oc o n v e r s i o ne f f i c i e n c yw a sa l s oa n a l y z e da n dt h eo p t i m a l r a t i ow a sd e t e r m i n e dt h e o r e t i c a l l y 5 、t h ea c c u r a t ec a l c u l a t i n gr e s u l t sf o rt h ee f f e c t i v en o n l i n e a rc o e f f i c i e n t sa n d o p t i m u mp h a s em a t c h i n g o ft h r e e w a v ei n t e r a c t i o ni nk t pw e r e c o m p l e t e d 6 )t h ee x p e r i m e n to fs e c o n dh a r m o n i cg e n e r a t i o no fn d ：y a gj a s e rw i t hk t p a n db b o c r y s t a lw a sm a d er e s p e c t i v e l y a f t e rt h a t ，t h ee x p e r i m e n to nt h e 5 3 2 n ml a s e r p u m p e di n t r a - c a v i t y s f g o p ow a sd o n ea n dt h e o u t p u t e n e r g yo f 5 9 0 n ml a s e rw a su pt om j l e v e l m o r e o v e r , t h ef a v o r a b l ee f f e c to f t i m ei n t e r v a lc o m m e n t e da b o v ew a s p r o v e de x p e r i m e n t a l l y 3 t h ei n t e n s i t yo f5 3 2 n ml a s e rp u m p e ds u p e r - f l u o r e s c e n c ei n j e c t i o ns t i m u l a t e d r a l 札a ns c a t t e r i n g ( s r s ) i n o x y g e nw a ss t u d i e de x p e r i m e n t a l l ya n di th a sb e e n p r o v e dt h a tt h er e q u i r e m e n tf o r5 8 0 n mi s m e e t i na d d i t i o n t h ec o m p a r i s o n b e t w e e nt h et w oc o n d i t i o n so fw i t ha n dw i t h o u ts e e di n j e c t i o nw a sa l s od o n e 4 t h es e t t i n gu pa n da d j u s t m e n to ft h er e l i e fm e a s u r i n gs y s t e mo fa i rf l o w t u n n e lf i e l dv e l o c i t yw e r ef i n i s h e d ，m a i n l yi n c l u d e d ： 11as e to ft r a n s o n i cs p e e de x p e r i m e n t a ls m a l la i rf l o w t u n n e l ( 8 0 8 0 m m ) w a s s e t u p m e a n w h i l e ，ay as t e p - d o w ns t a r t i n g c i r c u i tf o r t h r e e - p h a s e a s y n c h r o n o u sm o t o rw a sd e s i g n e da n dm a d ef o rs m o o t h l yr u n n i n go ft h e f l o wt u n n e l 2 、t h ei m p r o v e m e n to ft h ea r fe x c i m e rl a s e rw a sf u l f i l l e dw i t ht h ea u t h o r s h e l p t h es i n g l ep u l s ee n e r g y a n dt h e s p e c t r u mw i d t hw e r e4 0 m ja n d 0 0 2 5 r i m ，r e s p e c t i v e l y , 3 ) i no r d e r t oe n s u r et h e o x y g e nm o l e c u l e st a g g e d l i n et oo c c u ri nt h e v i c c d se x p o s i n gp e r i o d ，as y n c h r o n i z i n ge x t r a t r i g g e n n gs i g n a lg e n e r a t o r f o rt i m eo r d e rc o n t r o is y s t e r nw a sd e v e l o p e dw i t ht h ei 也l i e fs y s t e m s r e q u i r e m e n t 4 ) t h et e c h n i c a lp a r a m e t e r si nu t i l i z i n gt h ev i c c da n di t sc o n t r o lb o x ， p u l s eg e n e r a t o r ( p g - - l o ) ，f o u rc h a n n e ld i g i t a ld e l a yg e n e r a t o r ( d g 5 3 5 ) w e r em a s t e r e d 5 ) a s e to ff r a m eg r a b b i n gs y s t e mw a sf i x e d ，i n c l u d i n gd a t ac a b l ea n df r a m e g r a b b e r 6 ) t h et i m eo r d e r ，w h i c hr e l i e fs y s t e mn e e d e d w a so b t a i n e du n d e rt h e c o r r e c tc o n n e c t i o n sa m o n ga l lp a r t so fi t i na d d i t i o n s o m em e a s u r e m e n t s w e r ea c c o m p l i s h e dt op r e v e n tt i m eo r d e rc o n t r o ls y s t e mf r o mi n t e n s i f i e d s p a c ee l e c t r o m a g n e t i cr a d i m i o n ，t h u st h es y s t e mc o u l dr h nn o r m a l l y 5 as e r i e so fi n i t i a le x p e r i m e n t sw e r em a d e i nd i f f e r e n tc o n d i t i o n ss u c ha ss t a t i c p u r eo x y g e n ，j e t t i n gf l o wo fp u r eo x y g e na n ds t a t i ca i r a tl a s t ，s o m ec l e a r p i c t u r e so f t h eo x y g e nm o l e c u l e s t a g g i n gl i n ew e r eo b t a i n e da n dt h el i f e t i m e s o ft h e mw e r em e a s u r e d k e vw o r d s ：a i r f l o wt u n n e lf i e l d d i a g n o s t i c s ，y r e l i e f m e t h o d ，o p t i c a l p a r a m e t r i co s c i l l a t i o n ，s u m f r e q u e n c yg e n e r a t i o n ，s t i m u l a t e d r a m a n e x c i t a t i o n s c a t t e r i n g ，s u p e r f l u o r e s c e n c ei n j e c t i o n ， v i c c d ，s y n c h r o n i z i n g e x t r a t r i g g e r i n gs i g n a lg e n e r a t o r 第一章基于序列脉冲r e l ie f ( y r e lie f ) 方法简介 第一节r e l i e f 方法工作原理 众所周知，风洞是进行空气动力学实验的最基本设备，迄今为止的大部 分空气动力学实验都是在风洞中完成的。由于气体流动现象以及物体( 如飞 行器) 几何外形的复杂性，空气动力学研究和飞行器设计中的许多问题都不 可能单纯地依靠理论计算得到解决，而必须通过大量的实验获得必要的设计 参数，并且同理论结合起来研究，这样才能解决实际问题，因而风洞在气动 力学以及飞行器的设计中起着举足轻重的作用。譬如，从1 9 2 7 年到1 9 4 1 年， 飞机的最大飞行速度大约由1 8 0 公里4 , 时提高到6 0 0 公里小时左右，增加 了两倍多，这主要是由于减小了飞机的阻力，尤其是各部件之间的干扰阻力。 在当时条件下，这些减阻措施都是通过风洞实验提出的。又如四十年代的层 流翼型，四十至五十年代的后掠翼型、三角翼布局，六十年代的变后掠翼和 超临界翼型，七十年代的边条翼等等，都是在风洞中进行了大量实验后才运 用到飞机设计中去的【l 】。随着航空航天技术的发展，对飞行器气动性能的设 计要求越来越严格，这样就使得对风洞实验中空气流场的测量精度要求越来 越高，因此风洞流场检测方法这一研究方向也受到世界各国科学家的普遍重 视。 目前我国测量飞机风洞流场速度的方法是多孔探针法，它所测量的数据 要利用大量校正曲线进行校准，大大增加了实验时间，实验费用等，更严重 的是探针破坏了原来流场的结构，因此测量精度低。近年来，用光学方法进 行风洞流场的测量以提高精度，实现快速数据处理成为研究的热门课题。 风洞流场测量的光学方法大致有以下几大类： 1 微小粒子或分子光散射法。它包括： ( 1 ) 体视成像示踪法1 2 - 5 1 第一章序列脉冲r e l i e f ( y r e l i e f ) 方法简介 ( 2 ) 全息照相法 61 2 1 如图1 1 1 所示； 1 ，2 h e - n e 激光，3 模型4 参考点 图i 一1 一l 全息照相法测流场速度原理图 ( 3 ) 光片体积成像法【1 3 - 1 6 1 ； ( 4 ) 不同颜色光片同步成像法”，如图l 一1 2 所示。 2 原子或分子荧光法【1 9 - 2 8 1o 利用流场中存在的荧光原子或分子发出的荧光 或加入荧光染料进行图像显示。 3 相移法。基于光学折射率的变化引起光程差、光偏折等。它包括： ( 1 ) 干涉法2 9 1 “； ( 2 ) 光学层析照相术 3 2 1 , 如图l l 一3 所示。 4 分子标记法。利用流场中的分子直接与光相互作用，在被研究的位置打上 标记，而后跟踪那些“标记”分子，从而得到定量的速度信息。它包括： ( 1 ) h ，泡示踪法 3 3 - 3 5 1 ( 2 ) 光敏标记法 3 6 - 3 9 1 , 如图1 1 4 所示； ( 3 ) 光离解法 4 0 1 0 由于传统的检测方法分别存在干扰流场、标记分子与流场不同步、定性 不定量、误差大、难以分辨复杂流场或非稳流场等缺点，因此限制了我们对 高速、复杂、非稳空气流场基本特性的进一步了解。 第一章序列脉冲r e l i e f ( y r e l l e f ) 方法简介 染 图1 1 2 不同颜色光片同步成像法原理图 场 1 9 8 7 年美国普林斯顿大学机械与航天系r m i l e s 教授首先提出并逐步发 展了一种新型流场检测技术氧气受激喇曼激发与激光诱导荧光( r a m a n e x c i t a t i o np l u sl a s e r - i n d u c e de l e c t r o n i cf l u o r e s c e n c e ) 技术，简称r e l i e f 方 第一章序列脉冲r e l i e f ( y r e l i e f ) 方法简介 平面镜列阵 激光 图i l 一3 光学层析照相法测流场原理图 法 4 1 - 4 3 | 0 该方法是作为分子标记法的最先进代表之一。这种技术是通过在高 速流场中的某一位置瞬时标记出标记线，经过一个特定时间延迟之后再现并 记录下该标记线已运动到的位置，从而测出流场在处的速度。其工作原理如 第一章序列脉冲r e l i e f ( y r e l i e f ) 方法简介 平面镜 分束镜 图1 1 4 光敏标记法光路示意幽 首先用两束频率差恰好为氧气分子振动频率( 1 5 5 5 c m l ) 的高能量脉冲 激光同时共线地射入到风洞流场中，使氧分子产生受激喇曼激发，即实现基 态x 3 y 一中的v “= o 到v ”= l 的禁戒跃迁，如图l 一1 5 所示。由于纯氧振 一g 动激发态即v ”= l ( x 3 y ：) 念的寿命很长，为2 7 m s “1 ，此时被激发的氧 一k 分子相当于被打上了“标记”。被标记分子在流场中经过一段时间延迟从标记 位置运动到另一位置，这时用一束再现光源照射被标记分子，进一步把氧分 子从振动激发态v ”= l ( x 3 ：) 激发到s c h u m a n n r u n g e 能带的v i _ 7 ( b 3 y 一) 能级，该能级是一个非稳定态，当分子产生辐射跃迁时发出荧光， 第一章序列脉冲r e l i e f ( y r e l i e f ) 方法简介 b 3 ： x 3 ： 5 3 2 f j 专 1 9 3 n m 、i 5 8 0 n m n m ， s c h u m a n n r t m g e 图l i 一5 r e l i e f 方法中的氧分子能级跃迁示意幽 使标记分子再现。利用像增强型c c d ( i c c d ) 拍摄此荧光从而得到标记分 子在某一特定延迟后运动到的位置。用该位移除以延迟时间即可得到流场内 该处的速度。图1 1 6 展示了r e l i e f 方法检测流场的实验布局。 幽1 1 - - 6r e l i e f 检测流场原理图 t o 7 6，4，2， 刻 ， o 第一章序列脉冲r e l i e f ( y r e l i e f ) 方法简介 由于标记光源的频率差应为1 5 5 5 c m 一，一般选取波长分别为5 3 2 n m 、 5 8 0 n m 激光源，这是由于产生5 3 2 n m 激光的技术手段已经非常成熟，通常由 倍频脉冲n d ：y a g 激光器得到，而5 8 0 r i m 激光也可通过由5 3 2 n m 激光泵浦 氧气受激喇曼散射产生的一阶s t o k e s 光获得；再现光源采用a r f 准分子激光 器，波长为1 9 3 n m 。r m i l e s 教授领导的研究小组所使用激光器的参数如下： 5 3 2 n m 激光5 8 0 n m 激光1 9 3 n m 激光 单脉冲能量( m j ) 5 02 0 2 0 脉冲宽度( n s )1 01 01 0 重复频率( h z )l o1 01 0 由以上介绍可以看出，r e l i e f 方法的优点是不需掺入任何粒子，因而 不会破坏流场本身的结构，并且所用的计算方法简单，能实现实时测量。但 同时也发现了r e l i e f 方法存在一些缺陷。 图1 1 7 所示的是r e l i e f 方法时序关系。由于标记光源为重复率1 0 h z 的激光器，这样相邻两标记光脉冲( 5 3 2 n m 、5 8 0 r i m ) 的时间间隔为1 0 0 m s ， 在t 0 时刻触发再现光( 1 9 3 n m ) ，同时拍下初始标记线位置：在t 时刻延迟t ( 实验中t 取1 0 胛) 后拍摄一条氧分子荧光标记线：在t ：时刻延迟2 a t 后又 拍摄一条标记线，依此类推。从实验过程我们可以看出，相邻两次拍摄时间 间隔不是t ，即不是郎量级，而是1 0 0 m s + a t 。这样一来，相邻两条流线上 的分子实际是同一位置时间间隔1 0 0 m s 的两群氧气分子，如果被测流场是不 稳定的，那么在1 0 0 m s 的时间段内流场速度的变化情况我们就无从得知。显 然，r e l i e f 方法对非稳流场的检测是无能为力的。图1 1 8 所示为r m i l e s 小组所拍摄到的荧光图像。这是5 次实验的合成图像，t 分别取0 邶，1 0 比s ， 2 0 p s ，3 0 p s ，4 0 i s 。 第一章序列脉冲r e l i e f ( y r e l i e f ) 方法简介 延迟 延迟 t r i t l t ，t 1 戋 t o - 世 线 l t n t lt l 2 a t 己线 1 一 i t l t 2 t 2 。 5 3 2 n m 5 8 0 n m 1 9 3 n m 1 9 3 n m 1 9 3 n m 一蛎标鬯竺| je ，哪 il ，v ，。c c 。开， t otit2t3。 图i l 一7r e l i e f 方法的时序关系示意图 同样地，由于采用1 0 h z 的5 3 2 n m 、5 8 0 n m 激光脉冲，1 9 3 r i m 激光以及i c c d 开门时间须与5 3 2 n m 、5 8 0 n m 激光的每一个脉冲严格同步，这样就对该系统 各个部分的同步要求很高，从而提高了整套系统的不可靠性与成本。 苎二童 生型堕壁些型呈! 堕生! 呈! ! 查鲨塑坌 一 剀1 1 8 基丁- r e l i e f 方法五次实验的合成幽 鉴于以上这些问题，天津大学的姚建铨教授于1 9 9 2 年在r e l i e f 方法的 基础上提出了序列脉冲r e l i e f 方法1 ，简称y r e l i e f 方法。 第二节y r e l ie l = 方法的原理 y r e l i e f 方法工作原理是这样的，5 3 2 n m 、5 8 0 r i m 标记光源采用序列脉 冲工作方式，其脉冲间隔1 0 2 0 j s ，脉冲个数3 5 个，其时序关系如图1 2 一l 。在t 时刻，共线同时入射的标记光源5 3 2 砌、5 8 0 n m 激光已经把 风洞中氧分子标记成几条线，经一延迟后1 9 3 n m 激光将这几条标记线同时再 现，同时i c c d 开门，拍摄氧分子荧光图像。由于相邻荧光线的间隔只有十 几微秒，所以可以对非稳流场进行速度测量。 另外，由于1 9 3 n m 激光是几乎与标记光源的最后一个脉冲同时入射，因 此可以用最后这个脉冲来控制1 9 3 n m 激光器的触发以及i c c d 的开门，所以 y r e l i e f 方法在时序上要求不是很严格。 - - 9 第一章序列脉冲r e l i e f ( y r e l i e f ) 方法简介 本章小结 p 叫 t t l a t r t 2 一 f 幽i 一2 一iy r e l i e f 方法时序关系示意图 5 3 2 n m 5 8 0 n m 1 9 3 n m i c c d 开门 首先列举了一些以光学技术作为手段对风洞流场进行测量的传统方法并 指出了它们共同存在的缺陷，于是我们详细介绍了由美国普林斯顿大学 r m i l e s 教授提出并发展的一种新型流场检测技术氧气受激喇曼激发与激 光诱导荧光( r a m a ne x c i t a t i o np l u sl a s e r i n d u c e de l e c t r o n i cf l u o r e s c e n c e ) 技 术，简称r e l i e f 方法的原理及其主要优势，同时在其基础之上描述了由天 津大学姚建铨教授提出的基于序列脉冲标记光源氧气受激喇曼激发与激光诱 导荧光的方法( 简称y r e l i e f 方法) 的原理及较之r e l i e f 技术的长处。 蔓二童堡型堕冲些望塑! 堕兰! 兰! ! 互堡堡坌 【参考文献】 1 伍荣林，王振羽，风洞设计原理，北京航空学院出版社，p 1 ( 1 9 8 5 ) 。 2 j c k e n ta n da r e a t o n ，a p p l o p t ，v 0 1 2 1 ，9 0 4 ( 1 9 8 2 ) 3 t p k c h a n g ，a ：t w a t s o na n dg b t a t t e r s o n ，c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ， v 0 1 4 0 ，2 7 7 ( 19 8 5 ) 4 t e k c h a n g ，at w a t s o na n dg b t a t t e r s o n ，c h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ， v 0 1 4 0 ，2 6 9 ( 19 8 5 ) 5 s b r o d k e y , c h e m i c a le n g i n e e r i n ge d u c a t i o n ，v 0 1 2 0 ，2 0 2 ( 1 9 8 6 ) 6 h r o y e r , o p t i c a lc o m m u n i c a t i o n s ，v 0 1 2 0 ，7 3 ( 19 7 7 ) 7 j d t r o l i n g e r , a p p l o p t ，v 0 1 8 ，9 5 7 ( 19 6 9 ) 8 f m s h o f n e r r d w 曲be ta 1 ，a i rf o r c ef l i g h td y n a m i c sl a b o r a t o r yr e p o r t # a f f d l t r 一6 9 1 0 0 ( 1 9 7 0 ) 9 l m w e i s t e i n ，g b b e e l e r a n d l i n d e m a n n ，a i a a s h e a rf o l wc o n t r o l c o n f e r e n c e ，b o u l d e r , c o ( 19 8 5 ) 10 l m w e i s t e i n 、 g b b e e l e r ,a g a r d ， f l u i d d y n a m i c s a n dr e l a t e d h y d r o d y n a m i c ss t u d i e su s i n gw a t e rf a c i l l i t i e s ，m o n t e r y , c a ( i9 8 6 ) 1 1 h z a r s c h i z k ya n dw l a u t e r b o r n ，i c l a s f 8 3 ，r e c o r d ，4 9 ( 1 9 8 3 ) 1 2 g h a u s s m a n na n dw l a u t e r b o r n ，a p p l o p t ，1 9 ，3 5 2 9 ( 1 9 8 0 ) 1 3 t u t a m ia n dt u e n o ，j e x p e r i m e n t si nf l u i d s ，v 0 1 2 ，2 5 ( 1 9 8 4 ) 1 4 t u t a m ia n dt u e n o ，j f l u i dm e c h ，v 0 1 17 4 ，3 9 9 ( 1 9 8 7 ) 1 5 b y i p