Laser induzierte Fluoreszenz
Die planare Laser induzierte Fluoreszenz (PLIF) ist ein leistungsfähiges Instrument zur Erforschung von nicht-reaktiven und reaktiven Gas- bzw. Flüssigkeitsströmungen. PLIF ist eine nicht-intrusive, instantane Technik zur Visualisierung von Strömungen mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung. Sie wird angewandt zur Bestimmung relevanter Größen des Strömungsfeldes in einem Laserlichtschnitt. So können Konzentration (Molbruch), Dichte, Temperatur und Geschwindigkeit mittels kalibrierter LIF Messungen bestimmt werden.LIF ist anwendbar für eine große Anzahl von Molekülen und Atomen in Verbrennungsprozessen, Sprays und verschiedenen strömungsmechanischen Vorgängen.
Der LIF Nachweis von Atomen wird auch als Laser angeregte Atomfluoreszenz (LEAF) bezeichnet. Verbrennungsspezies wie Flammenradikale oder die meisten Kraftstoffkomponenten können direkt mit der Laser induzierten Fluoreszenz sichtbar gemacht werden. Wenn die Strömung selbst keine LIF-aktiven Moleküle enthält (wie N2, CH4 oder Wasser), wird das Medium mit fluoreszierenden Markern, sogenannten Tracern, zur Visualisierung der Strömungsfelder versetzt (Tracer LIF).
Die LIF Emission erstreckt sich über einen großen Wellenlängenbereich (Emissionsspektrum), wobei die meisten Linien rot-verschoben zur Laserlinie sind.
Aufgrund dieser spektralen Verschiebung können unerwünschte Interferenzen durch Streulicht und Mie Streuung effizient unterdrückt werden.
Die LIF Technik zeichnet sich durch eine hohe Selektivität aus. So ist es möglich, in einem Verbrennungsvorgang nur eine spezielle Spezies unter hunderten verschiedener Spezies zur Lichtemission anzuregen. Für kleine, typischerweise 2-atomige Moleküle können einzelne Quantenzustände ermittelt werden, die es erlauben, Gastemperaturen selbst unter Nicht-Gleichgewichtsbedingungen zu bestimmen.
LIF Imaging ist besonders attraktiv da es sich im Gegensatz zu den nicht-resonanten Techniken Rayleigh und Raman um einen resonanten Absorptionsprozess handelt. Aufgrund dieser hohen Sensitivität erlaubt die LIF, Flammenradikale und andere Spezies im ppm oder sogar sub-ppm Bereich zu detektieren. Sensitivität und Selektivität sind somit die zwei Hauptvorzüge der LIF Technik.
Das Prinzip des LIF Imaging
Während eines typischen LIF Experiments wird die Strömung mit einem Laserlichtschnitt beleuchtet, dessen Wellenlänge darauf abgestimmt ist, einen einzelnen Übergang innerhalb des LIF-aktiven Moleküls (Atoms) anzuregen. Ein Teil der Moleküle im Grundzustand absorbieren das einfallende Licht und werden auf einen höheren (angeregten) elektronischen Energiezustand angehoben. Ein Teil dieser angeregten Moleküle emittiert Licht (Fluoreszenz), der nicht dissoziierte Rest kehrt in den Grundzustand zurück und gibt dabei seine Anregungsenergie über strahlungslose Zerfallprozesse z.B. Fluoreszenzlöschung („Quenching“) oder intramolekulare Deaktivierung ab.Für das LIF Imaging wird der Laserstrahl zu einem Laserlichtschnitt aufgeweitet und durch das Meßmedium geleitet. Das Fluoreszenzlicht des Lichtschnitts wird über einen Filter auf eine Kamera abgebildet.
Das Multi Parameter Laser Imaging Konzept von LaVision kombiniert in einzigartiger Weise das LIF Imaging mit Techniken wie Particle Image Velocimetry (PIV), Laser induzierter Inkandeszenz (LII) oder interferometrisches Mie Imaging.