白皮书
汽车的天博体育app下载分析 - 确实是火箭科学
概述
太空发射行业以加速速度（从字面上和形象上）起飞。随着发射数量的增加，人们认识到所有这些火箭发动机都需要尽可能清晰天博体育app下载，对大气的负面影响最小。DR。 Alexis 天博体育app下载是一位领先的研究人员，应用了各种连贯的反stokes拉曼散射（CARS）方法 - 全部由唯一启用astrel天博体育app下载 Ultrafast放大器- 分析各种天博体育app下载系统。他的经过验证的技术和见解很快将用于寻求更清洁的火箭推进设计卢莱奥大学技术大学（瑞典）的基鲁纳太空校园天博体育app下载最近接受了一个高级研究员的任命，并有机会与现代火箭行业建立紧密合作Esrange Passion Center。
图1： 工程师正在针对更有效的推进系统，以最大程度地减少迅速发展的商业太空发射行业的大气影响。
天博体育app下载 - 测量物种数量密度和温度
DR。博林解释了他的研究重点连贯的反stokes拉曼光谱（天博体育app下载）用于天博体育app下载分析，“从汽车，炉子到火箭发动机，天博体育app下载工程师都希望提高系统效率并减少有害排放的量。每个天博体育app下载源都是复杂的化学反应器和成功的量化量的成功量化的量化，而不是量身定量的量化，以至于量身定量的量化量很大。感兴趣的测量区域，并且可以提供出色的空间和时间分辨率。2，O2，H2，ch4，C3H8，CO2，H2o等，尽可能精确和准确。”
“每个天博体育app下载源都是一个复杂的化学反应器，对天博体育app下载条件的成功操纵取决于首先了解尽可能多的细节。”
- Alexis 天博体育app下载博士 - 太空推进实验室高级研究员
瑞典基鲁纳卢莱奥大学技术大学
天博体育app下载的基本概念如图2所示。分子样品用三个激光频率（波长）照射，称为泵，Stokes和探针，通过三阶非线性光学机制与样品相互作用，生成第四波长，天博体育app下载，以“天博体育app下载”相干信号发送。当两个频率之间的差异时，泵Stokes，对应于探测分子中两个能级之间的差异，信号强度通过多个数量级互环增强。通过这种谐振增强，可以使用单激光射击可以有效地获得样品能量水平的光谱，其中每个光谱峰的强度既取决于物种数量密度，又取决于每个物种内部能级的种群。通过这种方式，天博体育app下载告诉您气体样品中每种化学物种中存在多少，而光谱的形状通过由纯旋转或旋转振动过渡组成的局部玻尔兹曼温度告诉您局部玻尔兹曼温度。
图2：驱动天博体育app下载过渡的激发效率取决于飞秒激光脉冲持续时间 /带宽。脉冲越短，可以连贯地激发越多的过渡。图礼貌的亚历克西斯·博林（Alexis Bohlin）。
带有单个超快放大器的天博体育app下载
，因为目标是通过冲动激励绘制尽可能多的过渡，因此今天的天博体育app下载育app下载育app下载通常是用超快激光脉冲进行的。 Bohlin解释说：“我们希望泵/stokes束的飞秒持续时间脉冲，因为它具有宽阔的光谱带宽，同时涵盖了许多能量水平。短脉冲持续时间<50 fs <50 fs可以被认为是冲动性的，可以使大多数硅质和三局部的物种及其范围的proce formects unceect。然后，我们提供了usect的脉冲。 duration pulse, so that the CARS spectrum – the signal in figure 2 - consists of well-resolved spectral features of our various molecular targets. And if you can get both pulses from the same laser source, these become automatically synchronized at the measurement location, which greatly simplifies the setup, it also reduces the signal beating between closely spaced transitions shot-to-shot, and it increases signal-to-noise.”
在他在代尔夫特技术大学（荷兰）的实验室中连贯的astrel天博体育app下载“单箱”飞秒放大器为35 FS输出脉冲配置。该放大器的高（几个millijoules）脉冲能量使它们能够将输出分开，并将部分直接用作宽带泵/stokes脉冲。然后，另一部分用于使用称为第二个谐波带宽压缩机（SHBC）的设备生成一秒钟的持续时间脉冲。 SHBC之后
With this as their basic CARS engine, 天博体育app下载 and colleagues have successfully performed a variety of different studies on combustion flames and systems, perfecting techniques such as pure-rotational CARS with in-situ monitoring of the excitation efficiency, developing space-time CARS, cascaded CARS, and using cutting-edge concepts including self-phase modulation to generate and expand the necessary laser wavelengths “behind窗户”，，在天博体育app下载室本身中。
强调简单，精度和准确性
也许是Bohlin汽车系统中最重要的方面，它是与更传统的方法相比的稳定性和相对简单性。在过去的几年中，博林对这些目的做出了创新的改进。他说：“我们想要一种普遍适用的方法，如有必要，我们可以将其带到天博体育app下载育app下载站点，而不是一种只能将可以带入实验室中的较小的发动机上的实验室结合方法。您显然甚至无法将测试火箭引擎带入典型的研究实验室。使用单个激光器来使用单个激光源，具有简单的Astrella和Astrella的巨大作用，在使Port System在Port System中起着巨大的作用。
就天博体育app下载性能而言，他一直在用世界上最好的精度和准确性来定位测量。 Bohlin解释说：“激光光谱的历史表明，用更详细的测量实验参数不仅在某些数字上提出了小数点。相反，它通常会揭示重要的新科学。”作为他方法的一个例子，仅使用Assrella泵送的SHBC的400 nm输出，而不是更常见的532 nm天博体育app下载激光波长，他就将天博体育app下载成像中的点扩散功能从40微米降低到20微米。。
他现在正在重新建立一个“规范天博体育app下载器”2火焰，其中标准化的性能细节将以前所未有的精度和精度进行量化。通过查看更大的保真度中的氢火焰传播基础的事物，例如陡峭的热梯度和扩散问题，他正在基于1990年代的测量值检查旧理论和假设。
Bohlin值得仔细检查部署的汽车天博体育app下载分析的最新进展。
“我们想要一种普遍适用的方法，如有必要，我们可以将其采用到天博体育app下载站点，而不是只能将可以带入实验室的较小引擎上的实验室结合方法。”
带有同时空间和时间分辨率的温度计
在2020年，他的小组发表了一篇论文[1]，展示了同时使用的 - 相关 - 空间（1D）和时间（1D）分辨率，并通过单个再生放大器获得。传统上，大多数分析性拉曼测量值都集中在振动转变上，通常以较小的分子的旋转振动分辨率。取而代之的是，Bohlin使用了纯旋转天博体育app下载，因为这为精确的热度法和成像提供了最佳数据格式。在这项研究中，团队在不稳定的预混合甲烷/空气燃料前进行了1 kHz摄影1D卡气相的气化，并以单光精度<1％<1％，精度<3％，1.4 mm的视野以及出色的<20 µm线条线突出功能实现。在这里，信号产生平面是通过宽场相干成像光谱仪转移到检测器上的。如上所述，它以与产生自然同步的飞秒和picsecond脉冲的Atrastrella放大器系统相同的重复速率进行了刷新。
图3：单个Astrella放大器用于生成同步的飞秒泵/stokes/stokes和picsecond探头梁，用于天博体育app下载温度计。图礼貌的亚历克西斯·博林（Alexis Bohlin）。
具有激发效率的原位引用的天博体育app下载
Bohlin组的另一个重要发展是它们创新的极化敏感的相干成像光谱仪，它允许同时记录同一探测器框架上的共振和非谐振天博体育app下载信号[2]。他解释说：“该检测方案可用于获取有关冲动激发效率的原位信息，这在以前所有的飞行型光谱镜头中都是未知的。尽管复杂性水平相当高，因此该新协议可以广泛使用这种新协议，但它为当前建立的准确性和精确级别提供了限制的途径，这是对天博体育app下载的准确性和精确级别的诊断，我们的限制是我们的Inthers wess，我们对BENCH的限制是beind sends bess的良好途径。有机会真正免费校准，我看到了这种方法的明显前景，可以将标量确定的性能推向最终的梦想限制，即提供±1％的精度和±1％的准确性。”
图4：根据与Assrella的一次激光射击，同时生成和检测到一个共振和非谐振天博体育app下载信号。共振天博体育app下载信号（在通道1中）传递了有关样品中温度和物种浓度的信息，而非共鸣的汽车信号（频道2）映射了记录的situ中的飞秒激光脉冲的有效带宽。需要信息来推动天博体育app下载标量确定的准确性和精度低于<1％[2]。。
级联天博体育app下载 - 对数量密度高度敏感
级联的汽车将整个汽车概念进一步走一步，以便刺激的汽车信号本身成为探针脉冲，从而从样品中生成高阶汽车信号！借助天博体育app下载系统中发现的多物种目标，可能会产生无法使用的复杂性的光谱。但是，Bohlin的小组已经证明，这些光谱实际上完全适合计算机分析[3]。但是，为什么要使用保证的技术来产生既弱又相当复杂的信号？他解释说：“信号强度对数量密度非常敏感 - 它缩放为（数量密度）4。因此，它确实支持我们的使命，以推动天博体育app下载物种测量值的敏感性。例如，它可以用作强大的激光诊断，以量化混合条件下的大量混合物组成中的微小波动。精确确定，理解和控制可燃混合物制备过程的能力对于高效，清洁反应引擎的设计师一直非常重要。”他指出，信号强度对激光强度也非常敏感，因此，在脉冲能以及脉冲的时间和光谱曲线方面，streslella的高稳定性至关重要。
图5：同时生成的级联天博体育app下载和天博体育app下载信号被拆分并在同一框架上使用极化敏感的相干成像光谱仪检测。在级联的天博体育app下载中，streslella的稳定性对于确保整个旋转光谱带（s）的稳定冲动效率至关重要[3]。。
带有自压缩脉冲的超宽带天博体育app下载
虽然温度和级联的汽车方法靶向火焰中的一个或两个物种，但Bohlin的组还展示了一种能够同时监测与天博体育app下载相关的所有主要物种的方法，例如，例如，O2，H2，ch4和CO2。这使用了一种既定的方法，可以在原位生成超宽率飞秒脉冲。他们利用这种方法来执行天博体育app下载所谓的Astrella输出的“软压缩”：从35 fs到大约24 fs，通过飞秒激光诱导的丝[4]实际上产生了巨型三秒激光诱导的细丝。这使他们可以访问“指纹区域” 1200-1600 cm-1跨越刚刚列出的所有化学物种的旋转振动签名带。这种压缩技术在灯丝的后缘产生了有限的输出，然后在灯丝相交后，天博体育app下载探头体积约为4 mm。 Bohlin解释说：“通过避免使用额外的脉冲压缩设备和Chirp薪酬赔偿光学元件，可以简化光学设置，从而简化光学设置。例如相反，使用高度可控的丝原性生成方法是ASTRELLA输出令人难以置信的稳定性的另一个证明。”
图5：在超宽带天博体育app下载中，跨越整个1200-1600 cm的脉冲-1区域是在火焰内部创建的，可以通过厚厚的玻璃窗户进行监视，而无需分散补偿问题。图片由Alexis 天博体育app下载提供。
“我们使用高度可控的灯丝内生成方法的能力，是Astrel天博体育app下载输出令人难以置信的稳定性的另一个证明。”
真正起飞的研究。
总结说，由代尔夫特技术大学的Alexis 天博体育app下载领导的研究小组已证明了的力量和多功能性天博体育app下载成像和光谱法绘制各种火焰和天博体育app下载源中的热梯度和数量密度。他们的研究通过提高精度和准确性的共同主题连接，并且它们的实验设置都使用astrel天博体育app下载作为常见的关键激光元件。 天博体育app下载现在将应用这些方法在Kiruna太空校园，LTU和瑞典的Esrange太空中心分析火箭推进系统。
参考
1。 L. Castellanos，F。Mazza，D。Kliukin，A。天博体育app下载，使用单个再生放大器系统获得的纯旋转1D卡时空温度计，选择。 Lett。 45，4662-4665（2020）。 [编辑的选择]
2。 F. Mazza，L。Castellanos，D。Kliukin，A。Bohlin，连贯的拉曼成像温度计，并在脉冲激发效率的原位参考，Proc。天博体育app下载。研究38，1895-1904（2020）。
3。 D. Kliukin，F。Mazza，L。Castellanos，A。天博体育app下载，级联相干的反stokes Raman Raman散射，用于气相中的高敏性数密度测定J. Raman Spectroscopicy； 1-9（2021）。 [专刊]。
4。 F. Mazza，N。Giffioen，L。Castellanos，D。Kliukin，A。Bohlin，高温旋转振动 - 振动O2-CO2相干拉曼光谱，具有超大潮一次激光激发，在20211中被接受并接受了天博体育app下载和火焰。