放电增强飞秒激光诱导等离子体光谱技术研究

For the requirements of multi-component, multi-element, multidimensional and accurate quantitative experimental data of complex combustion field, discharge-enhanced femtosecond laser-induced plasma spectroscopy(DE-fs-LIPS) is developed. By combining femtosecond lasers and high voltage discharges, a weak filamentous plasma channel indued by femtosecond laser can guide high voltage discharges and regulate discharge time and space. At the same time, high voltage discharge can enhance the spectral intensity of the weak plasma. Finally, we attempt to achieve high-sensitivity, high precision, multi-component, multi-element and one dimensional measurements that breakthrough the limitation of zero dimensional measurement of laser-induced breakdown spectroscopy and provide new tools for combustion filed diagnostics.

针对复杂燃烧场研究对多组分、多元素及多维度精确定量实验数据的需求，提出放电增强飞秒激光诱导等离子体光谱技术（DE-fs-LIPS）。通过结合飞秒激光成丝与高压放电，利用飞秒激光成丝形成的一维弱等离子体通道引导高压放电，并对放电的时间和空间进行精确控制；同时，高压放电又增强了一维弱等离子体光谱强度，从而实现高灵敏，高精度的多组分，多元素一维空间分辨在线定量测量，突破纳秒激光诱导击穿光谱技术的零维测量局限，为燃烧在线诊断提供新工具。

针对复杂流场燃烧场研究对多元素、多维度精确定量实验数据的需求，提出放电增强飞秒激光诱导等离子体光谱技术。并取得以下研究成果：.开发飞秒激光自聚焦成丝诱导等离子体光谱技术，通过建立关键组分光谱强度与混合分数关系，实现一维混合分数测量。此外，根据飞秒激光成丝的特性，建立光丝空间分辨光谱与温度关系，实现燃烧场温度测量。.针对飞秒激光诱导等离子体光谱信号弱的特点，开发了放电增强飞秒激光诱导等离子体光谱技术。首先研究飞秒激光成丝引导放电特性，采用飞秒激光成丝形成的一维弱等离子体通道引导高压电极放电，进而使高压脉冲放电沿着光丝通道击穿，飞秒激光光丝可以对放电的时间和空间进行精确控制，同时高压放电也增强了一维弱等离子体光谱强度，从而实现多组分、多元素一维空间分辨在线测量。其次研究了多次放电进一步增强光谱强度的方法。最后将该技术应用于高压电器故障诊断分析中，通过研究绝缘气体六氟化硫击穿后产物特征，为高压电器设备提供故障预警。