(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211062668.X (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 中国航发四川燃气涡轮 研究院 地址 610500 四川省成 都市新都区新都学 府路999号 (72)发明人 宋子军　赵涌　薛原　刘盾盾　 张志宏　袁世辉　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 林政 (51)Int.Cl. G01N 21/63(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 高速流场光谱的参数 无衍射激发装置 (57)摘要 本发明公开的高速流场光谱的参数无衍射 激发装置， 涉及到高速场中光谱超 快激发方法的 技术领域， 解决高温高速流场中因其流速过快高 能激光束因作用时间短， 颗粒物未能吸收足够能 量而无法实现原子跃迁而发射光谱， 无法捕获到 高速流场中颗粒物的光谱信息。 采用三级无衍射 光束生成器， 一级进行对高能激发光束进行汇 聚， 为颗粒的光谱提供激发能量； 二级与三级通 过辅助激光束形成势差实现对颗粒物的空间约 束， 即使颗粒物在高速运行情况下， 该激光束形 成的无衍 射空腔也能将颗粒物进行捕获。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115541541 A 2022.12.30 CN 115541541 A 1.一种高速流场光谱的参数无衍射激发装置， 对喷炎部所喷射的高温高速场(6)中的 颗粒进行测试， 飞行器出口在异常情况下会随机在高温高速场(6)喷射出尺度较小的颗粒 物(5)， 喷射出的颗粒物(5)的尺度为微米至几十微米量级， 且为低能级激发光谱， 其特征在 于， 包括朝向高温高速场(6)的方向且同轴的方式依次设置有第一激光器(1)、 内凹无衍射 光束扩展光学器件(2)、 高能激光器(3)和三级无衍 射光学器件(4)， 其中： 所述内凹无衍射光束扩展光学器件(2)， 包括轴对称的锥形内凹透镜， 其镀有能够对第 一激光器(1)高透射的光学薄膜， 且内凹无衍射光束扩展光学器件(2)以高光能材质制成， 能够承载第一激光器(1)的能量； 所述内凹无衍射光束扩展光学器件(2)的夹角与三级 无衍 射光学器件(4)中的角度形成对应； 所述三级无衍射光学器件(4)包括轴对称的球面和两级外锥构成的截面透镜， 所述球 面部分镀有能够对高能激光器(3)高透射的光学薄膜， 且球面部分的曲率与所述三级无衍 射光学器件(4)中的两级外锥部 分的夹角形成对应 关系， 并且， 所述两级外锥部 分镀有能够 对第一激光器(1)高透射的光学薄膜， 其安装夹角与内凹无衍射光束扩展光学器件(2)中的 角度及三级无衍 射光学器件(4)球面部分的曲率半径形成对应； 所述的第一激光器(1)的波长与 高能激光器(3)、 三级无衍射光学器件(4)和内凹无衍 射光束扩展光学器件(2)中的结构参数形成对应 关系， 以确保在高温 高速流场(6)中的指 定 区域形成捕获区间。 2.根据权利要求1所述的高速流场 光谱的参数无衍射激发装置， 其特征在于， 所述高能 激光器(3)的波长与所述第一激光器(1)、 三级无衍射光学器件(4)和内凹无衍射光束扩展 光学器件(2)中的结构参数形成对应关系， 以确保在高温高速流场中的指定区域形成捕获 区间。 3.根据权利要求2所述的高速流场 光谱的参数无衍射激发装置， 其特征在于， 第 一激光 器(1)发出激光束通过内凹无衍射光束扩展光学器件(2)形成轴对称圆环形激光束， 且 所述 内凹无衍 射光束扩展光学器件(2)的角度为 η； 第一激光器(1)发出激光束通过所述内凹无衍射光束扩展光学器件(2)形成轴对称圆 环经过光程d后， 照射在三级无衍射光学器件(4)的第二级和第三级的环带上， 且在内凹无 衍射光束扩展光 学器件(2)上的两级对应的夹角为θ1和 θ2； 第一激光器(1)波 长为 λ 的准直光 垂直照三级无衍射光学器件(4)第三级(R1‑R2)区域上时， 径所述凹无衍射光束扩展光学器 件(2)的角度为 η后并以入射角 η入射后， 对应关系如下： z1＝R1·[cot η1‑tanθ2]； 内凹无衍射光束扩展光学器件(2)的角度η和三级无衍射光学器件(4)中θ1、 θ2角度较 小， 可简化 为 η1＝(n‑1)θ2， zmax≈R1cot[(n‑1)θ2]， θ2> η。 4.根据权利要求3所述的高速流场 光谱的参数无衍射激发装置， 其特征在于， 第 一激光 器(1)发出激光束通过内凹无衍射光束扩展光学器件(2)形成轴对称圆环经过光程d后， 照 射在三级无衍射光学器件(4)的第二级和第三级的环带上， 内凹无衍射光束扩展光学器件 (2)上的两级对 应的夹角为θ1和 θ2； 所述第一激光器(1)波 长为 λ 的准直光垂直照三级无衍射 光学器件(4)第二级(R0‑R1)区域上时， 经所述凹无衍射光束扩展光 学器件(2)的角度为 η后， 以入射角 η入射后的对应关系如下： z3＝R1·[cot η2‑tanθ1]；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115541541 A 2由于内凹无衍射光束扩展光学器件(2)的角度 η和三级无衍射光学器件(4)中θ1、 θ2角度 较小， 可简化为η2＝(n‑1)θ1， zmax≈R1cot[(n‑1)θ1]， θ1>η， 为确保z1>z3拟定θ2>θ1， 其中对颗 粒物的约束区域 就集中在z3至z1范围内。 5.根据权利要求4所述的高速流场 光谱的参数无衍射激发装置， 其特征在于， 高能激光 器(3)发射准直后的激光束， 该激光束经过三级无衍射光学器件(4)中的第一级的平凸透镜 后， 将在z3至z1范围内进行聚焦， 聚焦后的激光束将对约 束在z3至z1范围内的颗粒物进行激 光能量激发， 激光束经 过三级无衍 射光学器件(4)中的第一级的曲率半径满足如下关系： 其中Rc为三级无衍 射光学器件(4)中第一级的曲率半径。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115541541 A 3