应用分享-燃烧环境下激光诱导等离子体成像

激光诱导等离子体是形成等离子体的重要方法，聚焦后的高能量激光能够电离空气，从而形成激光诱导的等离子体，它具有其它等离子体不具备的显著优势：例如产生结构简单，信号强度大，内部具有强电场和很强的动力学压力，而且是良好的高离化态粒子光谱源等等。利用这些特点和优势，将等离子体技术和燃烧相结合，能够有效地改善燃料的燃烧速率，降低点火温度，缩短点火时间，提高火焰稳定性。等离子体辅助燃烧的物理和化学动力学过程比较复杂，涉及到等离子体与燃烧体系的强烈耦合在热力、动力以及流体方面对燃烧的强化影响。高温的低密度气体会对等离子体内部由颗粒碰撞主导的激发过程产生重要影响，但目前燃烧环境中等离子激发机理和演化模式还不清晰，这使得掌握其助燃机制和调控作用十分困难，限制了该技术的大规模应用。

为了更有效地发挥等离子体对于燃烧的促进作用，推动等离子体助燃技术在实际动力装置的应用，需要对燃烧等高温气氛下激光诱导等离子体的主导升温机理和演化模式进行更为细致的研究。因此研究激光诱导的等离子体产生和演化过程具有重要的意义。

本实验采用中智科仪逐光IsCMOS像增强型相机对燃烧环境中的激光诱导等离子体进行成像。利用延时信号发生器对相机和等离子体激发激光源进行外触发控制和同步，借助相机皮秒级快门控制和延迟，对激光作用的整个脉冲周期内的等离子体热辐射进行成像拍摄。

1、中智科仪逐光IsCMOS时间分辨像增强相机，型号：TRC411-S-HQB-U；

2、Nd:YAG二倍频532nm脉冲激光器；

3、中心波长为532nm的陷波滤光片；

        4、延时信号发生器。

1、Hencken燃烧器点火，开启激光器和相机等，通过延时信号发生器时序控制激光和相机的开关；

2、相机前安装可变放大倍率的物镜，同时插入532nm陷波滤波片抑制等离子对激光的弹性散射；

3、调试激光器参数至稳定激发等离子体，优化相机参数，以500ps的门宽对等离子体的热辐射进行成像，累计20次作为一个图像。

       4、调节延时信号，以500ps的延时步进对等离子体在整个激光作用时间内的形成和演化过程依次进行成像。

上图为等离子体在一个激发脉冲持续时间内不同时刻的发光光斑强度分布照片。相机采集增益为2000，门控宽度为500ps。上下相邻两幅图像采集间隔为500ps，按照该采集间隔依次连续采集多张图像可以得出等离子体在激发脉冲作用时间内的产生和演化过程。

由中智科仪自主研发生产的逐光IsCMOS像增强相机采用高量子效率低噪声的2代Hi-QE以及第3代GaAs像增强器，光学门宽短至500皮秒；全分辨率帧速高达98幅/秒；内置皮秒精度的多通道同步时序控制器，由SmartCapture软件进行可视化时序设置，完全适合时间分辨快速等离子现象。

1.500皮秒光学门宽