近日，国外研究人员宣布成功开发出一种新型分析仪器，这种仪器能够使用超快激光对氢进行精确的温度、浓度测量。这一新方法的未来突破口在于，它可以帮助推进对更环保的航天航天设备（如飞机、火箭）专用氢基燃料的研究。

在发表于《光学快报》（Optics Express）的成果中，瑞典吕勒奥理工大学（Lulea University of Technology）研究团队负责人Alexis Bohlin和来自荷兰代尔夫特理工大学、阿姆斯特丹自由大学的同事描述了上述的用于研究氢基燃料的新型相干拉曼光谱仪器。他们开发出的这台仪器能够可靠、精确地探测诸如扩散、混合、能量转移和化学反应等动力学过程，而了解这些过程恰恰是开发更环保的推进发动机的基础。

据介绍，研究人员利用一种装置，可以将短(飞秒)脉冲的激光的宽带光转换为极短的超连续脉冲，这些脉冲激光拥有一系列广泛的波长范围。

研究人员们证明，这种超连续体的产生可以在相同类型的厚光学窗口后进行（用于研究氢能发动机的高压室中）。这一点很重要，因为当这些类型的光学窗口存在时，其他产生超宽带激励的方法就不起作用了。

近年以来，行业对于开发使用可再生富氢作为燃料的航空发动机非常感兴趣。除了可持续性的优势外，这些燃料还具有最高的比冲量（衡量发动机中化学反应产生推力的效率的指标）。但可惜的是，制造可靠的氢基化学推进系统一直是非常具有挑战性的：首先，富氢燃料反应性的增加大大改变了燃料混合物的燃烧特性，从而提高了火焰温度，减少了点火延迟时间。其次，对火箭发动机进行燃烧控制通常是非常具有挑战性的，因为在太空中它会遇到极端的高压和高温。

目前，上述新方法已经可以用于在与火箭和航空航天发动机非常相似的条件下研究航空发动机氢基燃料。不过，在具体的测量方面也还存在一些问题。

比如研究人员指出，可持续发射和航空推进系统技术的进步依赖于实验和建模之间的一致相互作用。然而，要产生可靠的量化数据来验证模型并不简单。

其中一个障碍是，由于实验通常是在一个封闭空间中进行的，通过光学窗口进出的光信号传输往往有限。这个窗口可以导致相干拉曼光谱所需要的超连续脉冲在穿过玻璃时被拉长。为了克服这个问题，研究人员开发了一种通过厚光学窗口传输飞秒脉冲激光的方法，然后使用一种称为激光诱导丝化（laser induced filamentation）的过程将其转化为超连续脉冲，在另一端保持相干。

为了演示新仪器，研究人员设置了一个非常有利于超连续光谱产生的飞秒激光束。然后他们用这些激光束来演示相干拉曼光谱，通过激发氢分子并测量它们的旋转跃迁。他们能够证明，这种仪器能够可靠地在较宽的温度和浓度范围内对氢气进行测量。研究人员们还分析了氢/空气扩散火焰，类似于富氢燃料燃烧时看到的火焰。

研究人员目前正在使用上述仪器在剧烈的氢火焰中进行详细的分析，希望获得对其燃烧过程的发现。为了将该方法用于火箭发动机的研究和测试，科学家们正在探索该技术的局限性，并计划在一个封闭的微压壳体中用氢气火焰进行测试。