一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法技术方案

本发明专利技术提出了一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法，属于激光点火技术领域，由飞秒激光放大器出射光束，通过由凹透镜和凸透镜组成的望远镜聚焦系统在远场产生飞秒光丝并作用到预混燃气中，然后将输出激光束的单脉冲能量调节到阈值，即可实现光丝点火。本发明专利技术采用望远镜系统对飞秒高斯光束进行聚焦，能够有效延长点火距离，实现贫燃混合燃气的远距离稳定点火，同时在激光脉冲能量为毫焦量级的条件下可达到大于0.5m的点火距离。针对拥有不同最大输出能量的飞秒激光放大器，望远镜系统配备拥有适当焦距的凹透镜和凸透镜，可实现该系统点火距离的最大化。可实现该系统点火距离的最大化。可实现该系统点火距离的最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法


[0001]本专利技术属于激光点火
，具体涉及一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法。

技术介绍

[0002]作为一种非入侵的点火方式，激光点火的点火时间可控，点火位置灵活多变，能够进行多点点火，因而其被广泛应用在预混燃烧器、内燃机、涡轮机、火箭发动机、超燃冲压发动机等领域，可实现贫燃混合燃气的快速有效点火，同时可以有效减少废气排放、降低热量损失、提高燃烧稳定性等。
[0003]目前激光点火系统的光源主要采用纳秒激光，该点火系统通过聚焦高能激光脉冲在燃气内产生等离子体火花以实现点火。然而，纳秒激光点火的点火距离通常在几厘米到十几厘米范围，原因在于纳秒激光点火过程中最小脉冲能量与点火距离成二次关系，点火的最小脉冲能量会随点火距离的增大而迅速提升。因此，远距离的点火往往很难实现，这限制了激光点火在一些实际燃烧器(例如大口径燃气发动机)中的应用。

技术实现思路

[0004]针对现有激光点火技术中点火距离较短的问题，本专利技术提供一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法，所述方法利用望远镜作为聚焦系统，能够有效延长点火距离，实现贫燃混合燃气的远距离稳定点火；所述方法根据飞秒激光系统的输出能量选择最佳的望远镜透镜组，以取得最大点火距离和最优点火效果；所述方法可在脉冲能量为毫焦量级的情况下实现点火距离大于0.5m的稳定点火；所述方法能够在低脉冲输出能量的条件下实现点火距离的有效调控，在远程可控的激光点火领域拥有巨大的应用前景。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术通过如下方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法，所述望远镜聚焦系统包括飞秒激光放大器1、光阑2、半波片3、偏振片4、高反镜5、凹透镜6、凸透镜7、滑轨8及标准燃烧系统9，飞秒激光放大器1发射的激光束依次经过光阑2、半波片3、偏振片4、高反镜5、凹透镜6、凸透镜7后聚焦到标准燃烧系统9，所述凹透镜6及凸透镜7均安装在滑轨8上，可相对移动，以此调节入射激光形成光丝的位置；所述激光束初始为线偏振，通过转动半波片3，可连续改变激光束线偏振的方向，并通过偏振片4反射相应方向的偏振分量，达到控制激光束能量的目的，当能量达到阈值时，激光束经过望远镜系统聚焦形成的光丝可实现点火。
[0007]进一步地，所述飞秒激光放大器1的工作波长为800nm,脉冲宽度为40fs
‑
60fs,最高重复频率为1KHz，飞秒激光的单脉冲能量小于2.6mJ，光束直径为10mm。
[0008]进一步地，所述凹透镜6的焦距可视飞秒激光放大器的单脉冲能量和激光光束的
直径而定,本装置中凹透镜6的焦距为
‑
20cm。
[0009]进一步地，所述凸透镜7的焦距可视飞秒激光放大器的单脉冲能量和凹透镜6的焦距而定,本装置中凸透镜7的焦距为20cm或25cm。
[0010]进一步地，所述滑轨8上带有刻度，最小精度为1mm，可精确调控凹透镜6及凸透镜7之间的距离。
[0011]进一步地，所述一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法，具体包括如下步骤：
[0012]步骤一：将标准燃烧系统9充入混合气体后移至固定位置，此时标准燃烧系统的位置仍可进行调节；
[0013]步骤二：调节飞秒激光放大器1的重复频率到1KHz，以便得到清晰可见的光丝；
[0014]步骤三：调节滑轨8上凹透镜6和凸透镜7的间距至一定值，使光丝聚焦至标准燃烧系统9的燃烧空间内；
[0015]步骤四：旋转半波片3并利用功率计(Newport)测量激光功率，以实现对飞秒激光单脉冲能量的调控，从完全消光(0mJ)到2.6mJ的范围内连续调节；当输出能量达到阈值时，即可点燃混合气体；
[0016]步骤五：调节飞秒激光放大器1的重复频率为10Hz,可观察到清晰连续的单脉冲激光点火现象。
[0017]进一步地，将步骤一中标准燃烧系统9向远离望远镜系统的方向移动，再调节步骤(3)中望远镜系统中两透镜的间距将光丝的位置移动到燃烧系统的燃烧空间，然后转动半波片3适当调节激光脉冲的输出能量(通常能量差低于1mJ)便可点燃混合气体，达到延长点火距离的目的；继续向同样的方向移动望远镜系统，同时配合调节两透镜的间距和激光脉冲的输出能量，可得到该透镜组所能达到的最大点火距离；
[0018]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
[0019]1、本专利技术采用望远镜系统对飞秒激光脉冲进行聚焦，可灵活调节激光成丝的位置，能够连续完成不同距离的激光点火；
[0020]2、本专利技术采用望远镜系统对飞秒激光脉冲进行聚焦，可形成长度缩短但内部等离子体密度更高的光丝，有效地突破了单透镜所达到的点火极限距离；
[0021]3、本专利技术采用望远镜系统对飞秒激光脉冲进行聚焦，在激光脉冲能量为毫焦量级的条件下实现了点火距离的有效延长；
[0022]4、本专利技术可针对不同飞秒激光放大系统选择最佳的望远镜透镜组，为实现该系统点火效果的最优化提供了方案。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0024]图1为本专利技术的一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的装置示意图；图中飞秒激光放大器1，光阑2，半波片3，偏振片4，高反镜5，凹透镜6，凸透镜7，滑轨8，标准燃烧系统9。
[0025]图2为本专利技术的远程可控飞秒激光光丝点火的场景示意图。
具体实施方式
[0026]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0027]需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0028]实施例1
[0029]如图1所示，本实施例提供了一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法，所述望远镜聚焦系统包括飞秒激光放大器1、光阑2、半波片3、偏振片4、高反镜5、凹透镜6、凸透镜7、滑轨8及标准燃烧系统9，飞秒激光放大器1发射的激光束依次经过光阑2、半波片3、偏振片4、高反镜5、凹透镜6、凸透镜7后聚焦到标准燃烧系统9，所述凹透镜6及凸透镜7均安装在滑轨8上，可相对移动，以此调节入射激光形成光丝的位置；所述激光束初始为线偏振，通过转动半波片3，可连续改变激光束线偏振的方向，并通过偏振片4反射相应方向的偏振分量，达到控制激光束能量的目的，当能量达到阈值时，激光束经过望远镜系统聚焦形成的光丝可实现点火。
[0030]在本实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法，其特征在于，所述望远镜聚焦系统包括飞秒激光放大器(1)、光阑(2)、半波片(3)、偏振片(4)、高反镜(5)、凹透镜(6)、凸透镜(7)、滑轨(8)及标准燃烧系统(9)，飞秒激光放大器(1)发射的激光束依次经过光阑(2)、半波片(3)、偏振片(4)、高反镜(5)、凹透镜(6)、凸透镜(7)后聚焦到标准燃烧系统(9)，所述凹透镜(6)及凸透镜(7)均安装在滑轨(8)上，可相对移动，以此调节入射激光形成光丝的位置；所述激光束初始为线偏振，通过转动半波片(3)，可连续改变激光束线偏振的方向，并通过偏振片(4)反射相应方向的偏振分量，达到控制激光束能量的目的，当能量达到阈值时，激光束经过望远镜系统聚焦形成的光丝可实现点火。2.如权利要求1所述的一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法，其特征在于，所述飞秒激光放大器1的工作波长为800nm,脉冲宽度为40fs
‑
60fs,最高重复频率为1KHz,飞秒激光的单脉冲能量小于2.6mJ，光束直径为10mm。3.如权利要求1所述的一种利用望远镜聚焦系统实现远程可控飞秒激光光丝点火的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐淮良，张维轩，臧宏伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：