Towards Quantitative Diagnostics using Short-Pulse Laser Techniques

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Med utvecklingen av lasern tillkom ett diagnostiserningsverktyg för forskning inom medicin, biologi, fysik, kemi mm. En laser är i princip en ljuskälla som skickar ut ljus med synnerligen välbestämd färg och riktning. Ljus som har en viss färg kan påverka vissa molekyler och atomer. Under vissa förutsättningar svarar dessa ämnen genom att i sin tur skicka ut ljus i en annan färg som är typsikt för detta ämnen. Därför kan man mäta förekomsten av vissa ämnen med hjälp av laser. Det ljus som dessa ämnen skickar ut kan även bära på information av miljön som ämnet befinner sig i, såsom temperatur, tryck, förekomsten av andra ämnen osv. Det finns dock en hel uppsjö av andra mätmetoder som kan mäta liknande storheter, men den stora fördelen med laser är att man kan utföra beröringsfria mätningar, med hög prescision in-situ, dvs att man mäter objektet i dess naturliga miljö (”på plats”). Dessa fördelar gör lasermätningar synnerligen användbara i ett flertal forskningsområden, tex i medicinforskning då man kan göra mätningar inne i kroppen eller i förbränningsforskning där man inte stör förbränningen i en motorer eller gasturbinner. Målet med det arbete som denna avhandling bygger på har varit att utveckla och demonstrera nya laserbaserade mättekniker för undersökningar av tillämpad karraktär, med inriktning på flödesdynamik och förbränning. De problem man försökt att handskas med är mätningar i besvärliga mätmiljöer. Typer av besvärligheter kan vara stora mängder ströljus eller då även ämnen utan intresse påverkas av laserljuset och förstör mätningen. Vidare har modeller utvecklats som gör att andra forskare ska kunna förutse potentialen för detta verktyg i sin forskning. Det har även utvecklats mätmetoder som skapar tvådimensionella bilder av hur ämnenas responssignal ser ut i tidsdomänen. Sådan information är av betydelse eftersom det ger information om ämnets omgivning, och är nödvändig om man ska kunna mäta ämneskoncentrationer från dessa responssignaler. Denna mätmetod möjligör även kvantitativa koncentrationer av ämnen i ett laserskott, vilket är en fördel när man studerar flödesdynamik och turbulens. Tekniken har vidare kombinerats med en tredje mätmetod som möjliggör mätningar av signalresponsens tidsberoende i besvärliga mätmiljöer där spritt ljus och andra störande ljuskällor kan undertryckas. Avhandlingen innehåller även utveckling och utnyttjande av avbildande mätmetoder av ämnen som tidigare inte varit möjliga att avbilda. Slutligen har utveckling och demonstration av en typ av ljusradar utförts som möjliggör mätningar av kvantitativa koncentrations- och temperaturmätningar med mycket hög rumsupplösning.