Оптическая спектроскопия сверхвысокого разрешения в лазерной доплеровской диагностике высокоскоростных потоков

• Автор: Машек, Игорь Чеславович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 392 с. : ил.

ОГДАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА!. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ ОПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЛАЗЕРНОЙ ДОПЛЕРОВСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ ПОТОКОВ И ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ИХ ПРИМЕНЕНИИ
1.1. Основные требования, предъявляемые к оптическим спектральным
приборам сверхвысокого разрешения при использовании их в
доплеровской диагностике высокоскоростных потоков
1.2. Современное состояние методов прямого оптического спектрального анализа в лазерной доплеровской диагностике высокоскоростных потоков вещества
1.2.1. Сканирующие интерферометры
1.2.2. Статические интерферометры
1.2.3. Частотные детекторы
1.2.4. Визуализаторы поля скорости
1.3. Атомно - молекулярные абсорбционные методы диагностики параметров газодинамических потоков
1.4. Доплеровская диагностика высокоскоростных потоков с помощью лазерно - индуцированной флюоресценции
1.5. Комбинационное рассеяние света и нелинейные оптические методы в диагностике высокоскоростных потоков газа и плазмы
1.6. Детектирование доплеровских сдвигов частоты рассеянного света е помощью абсорбционных частотных детекторов

ГЛАВА 2. ОПТИЧЕСКИЙ ДОПЛЕРОВСКИЙ ПРОЦЕССОР НА ОСНОВЕ РЕАЛЬНОГО СФЕРИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА
2.1. Основные закономерности формирования спектральных характеристик рассеянного излучения в схемах прямого оптического спектрального анализа доплеровских сдвигов частоты
2.1.1. Времяпролетное уширение спектра рассеянного излучения
2.1.2. Формирование спектра рассеянного излучения при входной апертурной диафрагме круглой формы
2.1.3. Формирование спектра рассеянного излучения при входной апертурной диафрагме в виде параболической щели
2.1.4. Формирование спектра рассеянного излучения при использовании прямоугольной входной апертуры
2.1.5. Оценка влияния на спектр рассеянного излучения дисперсного
состава частиц в потоке
2.2. Аппаратная функция реального сферического интерферометра
2.2.1. Краткое рассмотрение теории конфокального интерферометра и основные проблемы, возникающие при построении
реального прибора
2.2.2. Экспериментальное исследование влияния неидеальности зеркал сферического интерферометра на его аппаратную функцию
2.2.3. Реальный конфокальный интерферометр с корректируемой аппаратной функцией
2.3. Аппаратная функция оптического доплеровского процессора на основе реального конфокального интерферометра
2.3.1. Прямое оптическое сопряжение оптического доплеровского спектроанализатора с объектом исследования
2.3.2. Волоконно - оптическое сопряжение спектроанализатора доплеровских сдвигов с исследуемым потоком
2.3.3. Аппаратная функция метода прямого оптического спектрального анализа при построении оптического процессора на основе реального сферического интерферометра
ГЛАВА 3. ОПТИЧЕСКИЙ ДОПЛЕРОВСКИИ ПРОЦЕССОР НА ОСНОВЕ РЕАЛЬНОГО СФЕРИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПОТОКОВ
3.1. Диагностика высокоскоростных двухфазных потоков с высокой концентрацией твердой фазы
3.1.1. Многоканальный интерферометр для диагностики высокоскоростных двухфазных потоков
3.1.2. Одноканальный доплеровский процессор с оптоволоконными линиями связи с исследуемым объектом. Конструкция, свойства, алгоритм применения
3.1.3. Многочастотный лазер в интерферометрическом доплеровском
измерителе скорости
3.2. Диагностика высокоскоростных, сильнопоглощающих кинетических потоков
3.2.1. Особенности лазерной доплеровской диагностической аппаратуры, используемой для диагностики потоков, создаваемых на экспериментальном стенде стационарных высокоскоростных кинетических потоков
3.2.2. Результаты исследования мультискоростных высокопоглощающнх
потоков
3.3. Диагностика параметров высокоскоростных потоков чистого газа на основе анализа тонкой структуры рэлеевского рассеяния
3.3.1. Рэлеевское рассеяния в чистых газах, перспективность его использования в лазерной диагностике потоков, основные проблемы, возникающие при наблюдении доплеровски - сдвинутых спектров рэлеевского рассеяния
3.3.2. Экспериментальная установка по исследованию тонкой структуры рэлеевского рассеяния в газовых струях
для потоков с верхним диапазоном измеряемых скоростей 1000 - 1500 м/с фактор резкости такого интерферометра должен быть около 400-500 . В соответствии с /5,7/ непараллельность установки и местные отклонения от плоскостности зеркал на их рабочем световом диаметре равные 1/2Р уширяют аппаратную функцию интерферометра в два раза по сравнению с идеальной. Для получения интерферометра с резкостью около 100 требуются зеркала с качеством поверхности не хуже чем Я/200-А/250. Кроме неидеальности формы поверхности зеркал, уширяющее влияние на аппаратную функцию плоского интерферометра оказывает отличная от нуля величина телесного угла квазипараллельного потока излучения в котором он работает . В соответствии с /7,19/ , для того, чтобы аппаратная функция интерферометра уширялась не более чем в два раза по сравнению с идеальной, угол расходимости потока освещающего интерферометр не должен превышать величину »2л/2/Я , где Я -разрешающая сила. Кроме указанных основных механизмов уширения аппаратной функции реального интерферометра Фабри - Перо как правило, действует еще ряд других, подробно описанных в работах /15-19,21 - 27/. В результате действия всех уширяющих механизмов, результирующая резкость реального плоского интерферометра Фабри -Перо, как правило, оказывается существенно ниже требуемой. Также необходимо отметить, что для получения приемлемых значений светосилы прибора, необходимых для регистрации спектров рассеянного в потоке излучения, требуется применение зеркал с большим световым диаметром, получение и производство которых при указанных выше требованиях к поверхности представляет собой весьма сложную оптико -механическую задачу. Плоские интеферометрические зеркала , имеющие качество поверхности на уровне АЛ00-Я/120 при световом диаметре 40 -60 мм являются уникальными и весьма дорогостоящими изделиями, требующими на заключительной стадии полировки длительной ручной доводки.