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1000倍的速度:用世界上最快的激光攝像機實時拍攝燃燒過程

1000倍的速度:用世界上最快的激光攝像機實時拍攝燃燒過程

2023-02-24 Comments 0 Comment

通過用短激光束脈衝照亮樣品表面,可以拍攝各種化學和物理反應的序列。包括哥德堡大學研究人員在內的一個研究小組現在已經開發出了世界上最快的單次激光照相機,它比今天最現代化的燃燒診斷設備至少要快一千倍。這一發現對於研究碳氫化合物的閃電式燃燒具有巨大的意義。

Worlds-Fastest-Laser-Camera-Films-Combustion-in-Real-Time.webp

在不同條件下燃燒的材料會發生什麼?為了研究這個問題,研究人員使用了一種激光相機,將材料拍成二維層,稱為LS CUP(單次激光片壓縮超快攝影)。通過從側面觀察樣品,有可能看到在時間和空間上發生了什麼反應和排放。研究人員已經使用LS-CUP來研究各種碳氫化合物的燃燒。

哥德堡大學的物理學家與美國和德國的同事一起開發了一種超快激光攝像機,可以以每秒125億幅圖像的創紀錄速度製作視頻,這比當今最好的激光設備至少快一千倍。這使研究人員能夠以前所未有的時間分辨率對燃燒進行說明。

“拍攝的照片越多,我們就能更精確地跟踪事件的進程。碳氫化合物燃料燃燒產生納米大小的煙塵顆粒、各種光現象和多環芳烴(PAH),這對環境是有害的,”Yogeshwar Nath Mishra說,他是哥德堡大學的研究人員之一,現在他在《光》雜誌的一篇文章中介紹了這些成果,《科學與應用》雜誌上也發表了一篇科學文章。

來自碳氫化合物的煙塵顆粒構成了星際空間中70%的物質,也是有趣的納米材料,可應用於電子和能源領域。煙塵顆粒和芳香烴的壽命極短,當它們燃燒起來時,其壽命以納秒計算。燃燒的特點是極快的反應且不會重複。研究燃燒需要超快的方法來捕捉圖像,研究人員現在已經通過這種新的激光照相機實現了這一點。

“以前,當相機被限制在每秒幾百萬張圖像時,問題就出現了。”Yogeshwar Nath Mishra說:”製作不同類型的燃燒的二維圖片需要重複的激光脈衝,當激光增加能量時,會影響燃燒的溫度。”

新的激光相機用一個激光脈衝就能拍出一張獨特的照片。圖像速度高達100億張/秒,可以很容易地適應在粒子的整個生命週期內觀察所有類型的激光誘導信號。應用範圍遠遠超出燃燒研究,可廣泛用於物理學、化學、生物學和醫學、能源和環境研究。

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