CN108051095A - 单次脉冲激光能量的测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脉冲激光技术领域，具体涉及单脉冲激光能量的测量系统及方法。单次脉冲激光能量的测量系统，包括：依次串联的激光器控制柜1、激光器2、分光镜3、电控机械快门4、激光能量计5，以及外触发端口6，所述外触发端口分为两路，一路通过手动继电器模块7与激光器控制柜相连，另一路与电控机械快门相连。本发明相对于现有技术的优点在于：通过换算计算得出反射到试验光路中激光的能量，调整电控机械快门的开启与关闭时间，可使特定的脉冲激光通过快门并射入能量计的测量探头，从而对该单次脉冲激光能量值进行准确测量。

Description

单次脉冲激光能量的测量系统及方法

技术领域：

本发明涉及脉冲激光技术领域，具体涉及单脉冲激光能量的测量系统及方法。

背景技术：

近几年来，随着直喷汽油机小型强化程度和供油系统压力的不断提升，燃油撞壁现象及其导致的碳烟排放、机油稀释和早燃现象日益严重，这对发动机的性能及排放有着极大的影响，而上述几种问题的关键在于燃油与机油的相互作用机理。目前，国内外对于发动机喷雾撞壁机理进行了大量的宏观试验研究，但对于燃油撞壁的定量深入研究的基础试验研究鲜有报道。因此，对于燃油与机油的相互作用机理难以有深入的分析与探索。其主要原因是由于定量研究喷油器喷雾的燃油撞壁现象，需要运用精密的激光光学测试手段，但由于目前大多数激光器在发出大能量激光时只能以10Hz频率的脉冲形式进行发射，并不能只发射单次脉冲激光，且每个脉冲激光之间激光能量波动较大。以激光诱导荧光法(LIF)的喷雾撞壁拍摄为例，需要对单次脉冲激光照亮的喷雾进行记录，且若要得到准确且让人信服的试验数据需要根据激光的能量对每次的实验结果进行后期修正。但激光器以10Hz频率的脉冲发射的特性导致难以对单次激光的能量进行测量，而目前常用的激光能量计(如Ophir)由于激光器的连续脉冲发射的特性限制只能采用测量多个脉冲能量平均值的方法来表示单脉冲能量。因此存在一定缺陷且使测量结果并不准确，对目前常用的定量的光学测量方法如激光诱导荧光法(LIF)的测量准确性修正造成了巨大困难。

发明内容：

本发明目的在于提供一种可以准确测量单次脉冲激光能量的系统及方法。具体技术方案如下：

单次脉冲激光能量的测量系统，包括：依次串联的激光器控制柜1、激光器2、分光镜3、电控机械快门4、激光能量计5，以及外触发端口6，所述外触发端口分为两路，一路通过手动继电器模块7与激光器控制柜相连，另一路与电控机械快门相连。在上述测量系统上实现的单次脉冲激光能量的测量方法，包括如下过程：

步骤1：调整光路，分光镜法线与激光方向呈45°，使单次脉冲激光能量测量能量计在分光镜和激光光束形成的直线上，另外一路光路与激光方向垂直，其上设置实验光路；

步骤2：开启激光能量计；

步骤3：调整外触发端口为外触发模式，设置触发快门的方波信号的延迟时间以及持续时间；

步骤4：激光器预热后打开激光，开始以10Hz频率产生脉冲激光及对应的方波信号。

步骤5：手动触发手动继电器模块按钮，快门开启，记录单次脉冲激光能量，实验光路部分应用该单次束脉冲激光；

步骤6：按照反射与透射分光比例为X:Y，X+Y＝100；测量结束后，能量计所记录的数值J为该单次脉冲激光能量的Y％，经公式J÷Y％*X％即可得出进行试验的单次脉冲激光能量，从而进行后期修正。

优选方案，所述分光镜法线与激光方向呈45度夹角，在与激光方向垂直的方向上设置实验光路。

进一步优选方案之一，还包括：与激光能量计相连的数值显示装置8。

进一步优选方案之二，所述外触发端口为DG535数字延时脉冲发生器。

本发明相对于现有技术的优点在于：以实施例来说，在激光能量计探头前部安装电控机械快门，遮挡连续发射的激光脉冲，只让特定的单次脉冲激光通过；由相匹配的激光器输出10Hz的方波信号作为外触发信号触发DG535数字延时脉冲发生器，然后通过DG535数字延时脉冲发生器可以输出特定延迟时间以及特定持续时间的方波信号，该信号的上升沿与下降沿即控制电控机械快门的开启与关闭时刻；脉冲激光从激光器发出后射向分光镜，激光与分光镜法线方向呈45°，此时30％的激光发生透射并射向激光能量计，70％的激光反射进入试验光路进行光学实验测试。通过换算可计算得出反射到试验光路中激光的能量，调整电控机械快门的开启与关闭时间，可使特定的脉冲激光通过处于开启状态的快门并射入能量计的测量探头，从而对该单次脉冲激光能量值进行准确测量。

附图说明：

图1是实施例中单次脉冲激光能量测量系统示意图，图中，1代表激光器控制柜，2代表激光器，3代表分光镜，4代表电控机械快门，5代表激光能量计，6代表DG535数字延时脉冲发生器，7代表手动继电器模块，8代表数值显示装置。

图2是实施例中激光能量计安装结构示意图；图中，4代表电控机械快门，5代表激光能量计，51代表可调节高度的底座，52代表电控机械快门控制线，53代表激光能量计信号输出线。

具体实施方式：

实施例：

单次脉冲激光能量的测量系统，包括：依次串联的激光器控制柜1、激光器2、分光镜3、电控机械快门4、激光能量计5、数值显示装置8，以及DG535数字延时脉冲发生器6，所述外触发端口分为两路，一路通过手动继电器模块7与激光器控制柜相连，另一路与电控机械快门相连。

上述电控机械快门由旋转电磁铁控制，线圈电阻210欧姆，由3V～5V的方波信号进行触发，快门于信号上升沿开启，在下降沿关闭。

上述手动继电器模块的运行模式可实现吸合A秒自动停止，在闭合期间仅通过第一个信号，再次触发则无效；即开关触发一次，在触发时间内仅通过一个方波信号。

上述DG535数字延时脉冲发生器提供四路独立的延时通道和2路完整的脉冲输出，其延时分辨率高达5ps；前面板可以设置延时时间和脉冲宽度，并且以TTL、ECL、NIM或者变量电压形式BNC输出；是具有高精度、低抖动、宽的延时范围的时序控制器。

上述分光镜镀有宽带增透膜采用熔融石英材质，分光入射角为45°，反射与透射分光比例为70:30。

单次脉冲激光能量的测量方法，包括如下过程：

步骤1：调整光路，分光镜法线与激光方向呈45°，使单次脉冲激光能量测量能量计在分光镜和激光光束形成的直线上，另外一路光路与激光方向垂直，其上设置实验光路；

步骤2：开启激光能量计；

步骤3：调整外触发端口为外触发模式，设置触发快门的方波信号的延迟时间以及持续时间；

步骤4：激光器预热后打开激光，开始以10Hz频率产生脉冲激光及对应的方波信号。

步骤5：手动触发手动继电器模块按钮，快门开启，记录单次脉冲激光能量，实验光路部分应用该单次束脉冲激光；

步骤6：按照反射与透射分光比例为70:30；测量结束后，能量计所记录的数值J为该单次脉冲激光能量的30％，经公式J÷30％*70％即可得出进行试验的单次脉冲激光能量，从而进行后期修正。

Claims (5)

1.单次脉冲激光能量的测量系统，其特征在于，包括：依次串联的激光器控制柜(1)、激光器(2)、分光镜(3)、电控机械快门(4)、激光能量计(5)，以及外触发端口(6)，所述外触发端口分为两路，一路通过手动继电器模块(7)与激光器控制柜相连，另一路与电控机械快门相连。

2.根据权利要求1所述单次脉冲激光能量的测量系统，其特征在于，所述分光镜法线与激光方向呈45度夹角，在与激光方向垂直的方向上设置实验光路。

3.根据权利要求2所述单次脉冲激光能量的测量系统，其特征在于，还包括：与激光能量计相连的数值显示装置(8)。

4.根据权利要求2所述单次脉冲激光能量的测量系统，其特征在于，所述外触发端口为DG535数字延时脉冲发生器。

5.在权利要求1所述测量系统上实现的单次脉冲激光能量的测量方法，其特征在于，包括如下过程：

步骤1：调整光路，分光镜法线与激光方向呈45°，使单次脉冲激光能量测量能量计在分光镜和激光光束形成的直线上，另外一路光路与激光方向垂直，其上设置实验光路；

步骤2：开启激光能量计；

步骤3：调整外触发端口为外触发模式，设置触发快门的方波信号的延迟时间以及持续时间；

步骤4：激光器预热后打开激光，开始以10Hz频率产生脉冲激光及对应的方波信号。

步骤5：手动触发手动继电器模块按钮，快门开启，记录单次脉冲激光能量，实验光路部分应用该单次束脉冲激光；

步骤6：按照反射与透射分光比例为X:Y，X+Y＝100；测量结束后，能量计所记录的数值J为该单次脉冲激光能量的Y％，经公式J÷Y％*X％即可得出进行试验的单次脉冲激光能量，从而进行后期修正。