普林斯頓儀器作為科研儀器的領軍者，生產的各種高性能相機和光譜儀，在量子研究、生物拉曼、活體成像、X射線探測、太陽能電池以及燃燒等許多應用領域已成為不可分割的組成部分。現在，由小編帶領大家探索科學研究的六大熱門應用領域中的燃燒領域。

1、為什么研究燃燒?

人類文明發展的每一步都與燃燒利用息息相關，人類的文明史，就是燃燒的利用史。知道燃料的燃燒方式及原理，了解燃燒進程，排放的污染物等，對于燃燒類的工程活動至關重要，如汽車、航天、農業、清潔燃料研究、爆炸、污染物排放等領域。

平面激光誘導熒光(Planar Laser-Induced Fluorescence, PLIF)是現在應用于燃燒場、電離場研究的重要手段。利用PLIF，通過調節激發波長可以精確選擇特定基團，通過高靈敏度ICCD成像可以獲得基團空間濃度分布信息。

2、什么是PLIF

? 燃燒過程中，火焰光很強，激光脈沖打在火焰上，可以產生比火焰光更強的熒光信號，但是時間很短暫(ns);

? 通過分析這些熒光的特性和變化來判斷燃燒的狀態;

? 為了消除背景火焰光，拍攝到熒光信號，需要很短的曝光時間，一般是納秒(ns)級別;

? ICCD相機可以設置納秒(ns)級別的門控，實現時間分辨的測量;

? 在PLIF實驗中，還要保證激光器和相機快門的同步，使熒光信號落到相機曝光時間區域內，才能拍到有效信號，排除背景光。

3、適合燃燒領域的產品

PI-MAX4 ICCD 1024i

a) 高幀頻，20fps以上，具有DIF雙曝光模式，可用來做PIV流體應用;

b) 支持1Mhz的重復頻率，最短曝光時間500ps;市面上的產品最高觸發頻率大都在500khz，最短曝光時間為幾個納秒。

emICCD

相對于ICCD，EMICCD具有高動態范圍，高靈敏度等特點，在信號較弱，不能連續激發的single shot實驗中可優先考慮EMICCD。

emICCD具有雙增益，極佳的靈敏度，可以實現單光子探測。左側圖是ICCD拍攝的弱信號圖片，信噪比一般。右圖是emICCD啟用單光子計數模式(0與1)，400圖像累加生成一張完整的圖像，可以看到，信噪比相對于傳統的ICCD有很大提升。

上圖是一個內燃機燃燒廢氣的LIF實驗，emICCD的熒光信號強度隨著曝光時間增長線性增加，線性度和動態范圍都很高，ICCD線性度和動態范圍則表現一般。

Light Field 軟件

LightField軟件對PIMAX4系列的ICCD相機進行了專門的優化，可視化操作，所見即所得，界面上可以實時調節門控和延遲，極大降低客戶操作的復雜性。

測量火焰中OH的熒光時域壽命，屬于時間分辨的應用，熒光壽命短暫，燃燒物受到激光激發后，熒光信號先增強，然后衰減，如藍色的曲線所示。要繪制出這條曲線，要設定好很短的曝光時間，逐漸增加延遲時間，通過多張圖像獲取多個采樣點，工作流程比較繁瑣。LF6 軟件對時間分辨類的應用進行了專門的優化，全部自動生成，對客戶來說非常方便。

IsoPlane光譜儀

市面上真正的消相差高靈敏的光譜儀，探測弱信號具有很大優勢。

4、應用案例分享

Time-resolved spontaneous Raman scattering spectroscopy in combustion

High speed kinetics data acquired by PI-MAX4 emICCD

- Dr. Jun Kojima, NASA Glen

這是來自NASA的一個應用案例，燃燒中的時間分辨自發拉曼散射光譜。

光譜信號弱，選用傳統的ICCD，線性度和動態范圍不佳。選用EMCCD或CCD相機，圖像的動態范圍可以接受，但是門控時間不夠短，曝光時間最小也是微秒級別的，無法有效降低火焰背景噪聲，有效信號很難探測，選用emICCD相機可以很好的解決上述問題。

激光器以10kHz頻率照射火焰，熒光信號通過光纖收集并傳輸到emICCD，相機用動力學光譜模式快速采集光譜，獲取了信噪比良好的光譜圖像數據。同時，因為信號較弱，需要一個高靈敏度、低相差的光譜儀，否則信號也很難探測，這里選用的就是PI的消相差光譜儀IsoPlane。

審核編輯 黃宇