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Die grundlegenden Konzepte von CARS sind in Abbildung 2 dargestellt. Die Molekulare Probe wird mit drei Laserfrequenzen(Wellenlängen) bestrahlt, die als펌프, 스토크스und손드bezeichnet werden. Diese interagieren mit der Probe über einen nichtlinearen optischen Mechanismus dritter Ordnung und erzeugen eine vierte Wellenlänge, das자동차, das als "laserähnliches" kohärentes Signal ausgesendet wird. Wenn die Differenz zwischen den beiden Frequenzen, der펌프-그리고 데르스토크스-Frequenz, einer Differenz zwischen zwei Energieniveaus in den untersuchten Molekülen entspricht, wird die Signalstärke durch Resonanz um mehrere Größenordnungen verstärkt. Durch eine solche Resonanzverstärkung kann ein Spektrum der Energieniveaus der Probe effizient mit einem einzigen Laserschuss erhalten werden, wobei die Intensität jedes Spektralpeaks sowohl von der Anzahl der Arten als auch von den Populationen der internen Energieniveaus 예데르 아트 abhängt. Auf diese Weise sagt Ihnen CARS, wie viel von jeder chemischen Arten in der Gasprobe vorhanden ist, während die Form des Spektrums die lokale Boltzmann-Temperatur angibt, da es aus rein rotatorischen order rotatorisch-vibratorischen Übergängen besteht. 

CARS mit einem einzigen Ultrafast Verstärker

Da das Ziel darin besteht, so viele Übergänge wie möglich durch impulsive Anregung abzubilden, wird CARS heute meist mit Ultrafast Laserpulsen durchgeführt. Bohlin 기술: "Wir wollen einen Femtosekunden-Puls für den Pump/Stokes-Strahl, da dieser eine große spektrale Bandbreite hat und viele der interessierenden Energieniveaus gleichzeitig abdeckt. Die kurze Pulsdauer < 50 fs kann für die meisten diatomaren und triatomaren Arten als impulsiv angesehen und stellt die effizienteste Form der Anregung der Moleküle dar. Dann brauchen wir einen abstimmbaren Schmalband-Sondenpuls, d. h. – Abbildung 2의 신호 – aus Gut aufgelösten Spektralmerkmalen unserer verschiedenen Molekularen Ziele besteht. Und wenn Sie beide Pulse von der gleichen Laserquelle erhalten können, werden diese am Messort automatisch synchronisiert, was die Einrichtung erheblich vereinfacht, außerdem werden die Signalschläge zwischen eng beieinander liegenden Übergängen von Schuss zu Schuss reduziert und das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht.

In seinem Labor an der Technischen Universität Delft(Niederlande) bauten Bohlin und seine Studenten einen CARS-Analyseaufbau, der auf einem für 35 fs Ausgangspulse konfigurierten"원박스"-Femtosekundenverstärker von 바카라 카지노 Astrella바시어트. Pulsenergie가 Verstärkers(mehrere Millijoule)를 죽으면 ermöglicht es ihnen, den Ausgang aufzuteilen und einen Teil davon direkt als Breitband-Pump/Stokes-Puls zu verwenden. Der andere Teil wird dann zur Erzeugung eines Pikosekundenpulses mit einem Gerät namens Second Harmonic Bandwidth Compressor(SHBC) 버전. Nach dem SHBC wird ein selbstgebauter Pulsformer verwendet, um die Pulsdauer im Bereich von etwa 3–15 Pikosekunden abzustimmen.

Mit dieser CARS-Basis haben Bohlin und seine Kollegen erfolgreich eine Vielzahl verschiedener Studien über Verbrennungsflammen und -systeme durchgeführt. Dabei haben sie Techniken wie die reine Rotations-CARS mit In-situ-Überwachung der Anregungseffizienz, die Entwicklung der Raum-Zeit-CARS, die kaskadierte CARS und die Verwendung modernster Konzepte wie die Selbstphasenmodulation zur Erzeugung und Erweiterung der erforderlichen Laserwellenlängen "hinter den Fenstern",또한 der Brennkammer selbst, perfektioniert.

Betonung von Einfachheit, Präzision und Genauigkeit

Die vielleicht wichtigsten Aspekte des CARS-Systems von Bohlin sind seine Stabilität undrelative Einfachheit im Vergleich zu traditionalelleren Ansätzen. Und in den letzten Jahren hat Bohlin zu diesem Zweck의 혁신적인 Verbesserungen vorgenommen. Er erklärt: „Wir wollten eine Universell einsetzbare Methode, die wir bei Bedarf an den Verbrennungsort mitnehmen können, statt einer Laborgebundenen Methode, die nur bei kleineren Motoren eingesetzt werden kann, die ins Labor gebracht werden können. Sie können natürlich nicht einmal ein Test-Raketentriebwerk in ein typisches Forschungslabor Bringen. Die Verwendung einer einzigen Laserquelle mit der Einfachheit und Stabilität von Astrella hat eine große Rolle dabei gespielt, ein tragbares System Wirklichkeit werden zu lassen.“

Leistung von CARS가 배신했기 때문에 Messungen mit der weltweit가 Präzision und Genauigkeit abgezielt를 가장 잘 관리했습니다. Bohlin 관리자: "Die Geschichte der Laserspektroskopie zeigt, dass die Messung von Experimentellen Parametern mit größerer Detailgenauigkeit nicht nur einige Dezimalpunkte auf Zahlen setzt. Vielmehr enthüllt es oft wichtige neue wissenschaftliche Erkenntnisse." Ein Beispiel für seine Herangehensweise ist, dass er die Punktspreizungsfunktion in seiner CARS-Bildgebung von 40 Mikrometer auf 20 Mikrometer reduziert hat, indem er einfach die 400-nm-Leistung des von Astrella gepumpten SHBC-Lasers anstelle der üblichen 532-nm-Wellenlänge des CARS-Lasers 버전 모자.

Er ist nun dabei, einen "kanonischen Brenner" für H₂-Flammen wiederherzustellen, in dem die Standardisierten Leistungsdetails mit beispielloser Genauigkeit und Präzision qualifiziert werden können. Indem er Dinge, die für die Ausbreitung von Wasserstoffflammen von grundlegender Bedeutung sind, genauer untersucht, wie z. B. steile Wärmegradienten und Diffusionsprobleme, überprüft er alte Theorien und Annahmen, die auf Messungen aus den 1990er Jahren beruhen.

Einige der jüngsten Fortschritte bei der CARS-Verbrennungsanalyse, die Bohlin eingesetzt hat, verdienen eine genauere Untersuchung.

CARS mit In-Situ-Referenzierung der Anregungseffizienz

Eine weitere wichtige Entwicklung der Gruppe um Bohlin ist ihr 혁신적인 polarisationsempfindliches kohärentes Abbildungsspektrometer, das die gleichzeitige Aufnahme von resonanten und nicht-resonanten CARS-Signalen auf demselben Detektorrahmen 에르모글리히트 [2]. Er erklärt: "Dieses Detektionsschema kann verwendet werden, um in-situ Informationen über die Effizienz der impulsiven Anregung zu erhalten, die bei allen bisherigen Femtosekundenspektroskopien unbekannt war. Obwohl die Komplexität dieses neuen Protokolls recht hoch ist – damit es auf breiter Basis eingesetzt werden kann – bietet es eine einzigartige Möglichkeit, über die derzeit etablierten Genauigkeits- und Präzisionsniveaus von CARS hinauszugehen, das bereits als Maßstab für die Gasphasendiagnostik gilt. Chance, vollständig kalibrierfrei zu werden, und ich sehe eine klare Aussicht, dass diese Methode die Leistung der Skalarbestimmung an die ultimative Traumgrenze von ±1% Präzision und ±1% Genauigkeit Bringen wird.“

Kaskadierte CARS – äußerst empfindlich gegenüber der Zahlendichte

Kaskadiertes CARS가 CARS-Konzept noch einen Schritt weiter를 가져왔습니다. 따라서 CARS-Signal selbst zum Sondenpuls wird, der ein CARS-Signal höherer Ordnung aus der Probe erzeugt! Bei Multi-Arten-Zielen, wie sie in Verbrennungssystemen vorkommen, könnte man erwarten, dass dies zu Spektren von unbrauchbarer Komplexität führt. Die Gruppe um Bohlin hat jedoch gezeigt, dass die Spektren tatsächlich perfekt für eine Computeranalyse geeignet sind [3]. Aber warum sollten Sie eine Technik verwenden, die garantiert Signale erzeugt, die sowohl schwach als auch ziemlich komplex zu analyzesieren sind? Er erklärt: "Die Signalstärke ist unglaublich empfindlich gegenüber der Zahlendichte – sie skaliert als(Zahlendichte) ₄. Es unterstützt also wirklich unsere Mission, die Empfindlichkeit der CARS-Arten-Messungen zu erhöhen. Es kann zum Beispiel als leistungsstarke Laserdiagnose verwendet werden, um selbst winzige Schwankungen in der Zusammensetzung von Mischungen unter Gut gemischten Bedingungen zu Quantifizieren. Die Fähigkeit, den Prozess der Aufbereitung eines Brennstoffgemischs genau zu bestimmen, zu verstehen und zu kontrollieren, war für die Konstrukteure von effizienten, sauber brennenden Reaktionsmotoren schon immer sehr wichtig.“ Er merkt an, dass die Signalstärke auch sehr empfindlich auf die Laserintensität reagiert, so dass die hohe Stabilität von Astrella in Bezug auf die Pulsenergie sowie die zeitlichen und spektralen Profile des Pulses hier von entscheidender Bedeutung ist.