套用方向： 材料科學，環境檢測，考古研究
所用產品： 卓立漢光光譜儀
技術介紹
燃料燃燒是一種瞬態的化學反應動力學過程，科學家利用傳統的光電技術，結合雷射技術、光譜技術、影像處理技術用來分析燃燒場的溫度，組分等參數，對最佳化發動機的噴霧燃燒提高燃燒效率，減少汙染物等有著重要的意義。
燃燒診斷的方法有很多種，有些是直接用高速測量燃燒的全過程，有些利用光譜儀加 PMT 監控某些指示化學鍵發光的過程來分析燃料配比，有些則利用雷射技術，燃燒化學反應時會產生一些中間產物（如 CH、OH 等），這些產物會吸收激發雷射並行出特征光譜訊號。科學家根據這些熒光光譜等資訊，可以分析火焰瞬時的結構，組分濃度等資訊。
產品套用
科學家透過分析多組分煤油的低溫點火效能，發現添加某些活化劑可以大大降低煤油的燃點，使其在較低溫度時能夠充分燃燒。
圖 1：低溫點火測試實驗圖
上圖為相關的實驗簡圖，圖中科學家將摻有一定比例活化劑的煤油滴到變溫台上，變溫台可以從 100 度到 600 多度控制，高速相機拍攝液滴在變溫台上隨溫度變化後的燃燒情況。而在燃燒時火焰發光透過光纖收集到光譜儀中，再由 PMT 監控發光波段隨時間變化的衰減過程。整個實驗中，監控燃燒產物 OH 自由基的發光波段 306.5nm，光譜儀將色散位置設定到該波段，然後用 PMT 進行監控。監控過程中 PMT 高壓設定為 1000V，使其處於光子計數狀態，然後連線數采，對 OH 發光進行即時監控掃描。
當雷射引入到燃燒實驗中時，又會有很多有趣的現象發生。首先是拉曼光譜分析，在燃燒的不同時刻，由於燃料從剛開始不充分燃燒，中間產物較多，到充分燃燒，再到慢慢冷卻。整個過程中各種成分的拉曼訊號的分布是一個漸變的過程，我們可以利用這些訊號變化來分析最佳化燃燒瓦斯的比例濃度。實驗中一般采用低重頻的 Nd：YAG 脈沖雷射器結合 ICCD 來進行研究分析。
圖 2：火焰燃燒的拉曼光譜分析
如果將染料雷射器引入實驗，在 Nd:YAG 雷射器後面接上染料雷射器，用 532nm 泵浦我們可獲得多個波段的激發雷射，例如 606nm 的雷射，然後經與兩束 532nm 雷射在時域上進行調整，在滿足 CARS 的相位匹配條件下，我們可以得到相關的 CARS 訊號，從而可以用來分析燃燒場的溫度和組分濃度資訊。
圖 3：CARS 原理簡圖和實驗裝置簡圖
在燃燒過程中，燃燒不充分會產生很多中間產物，我們也可以用雷射激發火焰中這些中間產物獲得熒光來分析，也就是雷射誘導熒光（LIF），如果將雷射經過柱面鏡等光學元件整形成很薄的一個平行平面光，這是我們稱該實驗為平面雷射誘導熒光（PLIF）。
圖 4：PLIF 實驗簡圖
實驗中，我們可以用 ICCD 或是高速相機拍攝例如 OH 分子熒光在燃燒過程中的分布情況。
圖 5：采用 ICCD 獲得的火焰 OH PLIF 影像來研究火焰內部亂流結構分布
卓立漢光可以提供燃燒診斷中的各種產品，例如光路系統搭建所需的光機產品，如柱面鏡，延時光路系統等，也提供各類光譜儀配置，例如光譜儀同 PMT 的組合，也提供光譜儀同各類相機的組合，特別是燃燒診斷實驗中不可或缺的 ICCD 相機，卓立漢光也可以非常完美的進行匹配工作。
參照文獻
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