北京航空航天大学（国家“985工程”、“双一流”建设重点高校）

教授，仪器科学与光电工程学院 2025.03—至今

研究方向：多年来我围绕激光光谱技术和光学计算成像技术，针对气体组分浓度和温度开发了一系列多维度、高精度探测的新方法，并已将其应用于空天动力装备化学反应的气体组分浓度和温度的定量测量任务。2024 年获优秀青年科学基金项目（海外）资助，受聘为北航仪器学院教授。在后续研究中，将继续着力研发气体组分浓度与温度定量测量的前沿方法，通过创新算法与精密光学系统设计，系统性突破现有探测极限，实现痕量气体浓度与极端温度的高精度、高动态测量技术革新。在应用拓展方面，力求将研究成果转化至三大战略领域：1）服务国家空天动力装备性能测试评估体系，攻克其化学反应及其流场中多组分气体浓度与瞬态温度的原位测量难题，为新型空天动力装备研发提供关键数据支撑；2）面向半导体制造工艺中强腐蚀性环境（如蚀刻、沉积工序），开发高灵敏度痕量气体在线监测系统，保障芯片制程的稳定性与良品率，助力中国 “芯”战略实施；3）针对燃料电池全生命周期（生产装配、运行维护），构建智能化气体监测平台，通过实时分析反应物浓度与副产物分布，优化能源转化效率，推动双碳目标下的绿色能源技术升级，切实服务国家重大战略需求。

美国斯坦福大学（2024QS世界排名：5）

博士后研究员，Z-Energy Lab（合作教授: Prof. Xiaolin Zheng） 2024—2025

研究总结：由不同种金属合成的含能材料的燃烧反应在火箭推进、清洁燃料（氢气）制取、纳米材料合成等军用和民用领域都有很好的应用前景，但其燃烧 反应的物理化学模型还不明确。尤其是铝粉的使用，使含能材料在燃烧过程中可能存在十分复杂的氧化还原反应。此外，铝金属的燃烧还将显著增加燃烧反应的温度（>3000 K），这导致含能材料燃烧的诊断极其困难。在美国海军实验室研究项目的支持下，我在本团队的主要任务是开发基于发射光谱技术的燃烧场温度测量方法以及高空间分辨的燃烧反应中间产物监测方法，从而深入理解含能材料的燃烧反应过程。研究成果将对含能材料的燃烧理论模拟、火箭推进、清洁燃料制取等技术的发展具有重要意义。

加拿大麦吉尔大学（2024QS世界排名：30）

博士后研究员，可持续燃料实验室（合作教授: Prof. Jeffrey Bergthorson） 2022—2024

研究总结：随着全球气候变暖问题的日益严重，“碳达峰”和“碳中和”已成为全世界范围的战略目标。促进能源转型、从源头减少碳排放变得至关重要。铝粉具有很好的燃烧性能，且体积能量密度大，燃烧产物只有金属氧化物，因此可弥补氢气燃料的一些不足。但目前铝粉燃烧的燃烧模型还不明确。由于铝粉的极高火焰辐射和多相流特性， 对其诊断非常困难。在加拿大航天局项目的支持下，我在本团队的主要贡献是开发一种基于吸收光谱和发射光谱技术的温度诊断系统，从而对铝粉燃烧的气相温度、液相温度和火焰温度实现同步诊断。研究结果首次实现了对铝粉燃烧不同种温度的一维诊断，并通过实验验证了铝粉的扩散燃烧模式。

沙特阿卜杜拉国王科技大学

博士后研究员，清洁燃烧研究中心（合作教授: Prof. Gaetano Magnotti） 2020—2022

研究总结：在众多清洁燃料中，氢气是最有前景的可持续燃料。 相比于传统碳氢燃料，氢气物理化学性质有明显区别。目前由于技术上的挑战，很少有关于燃料燃烧的定量诊断工作。 我提出了一种基于拉曼光谱技术的多种物质浓度（包括 H 、O 、N 、H O）和温度的高精度二维定量诊断方法，该方法的摩尔分数测量误差在0.007以内，温度测量误差在15 K以内。该系统已经被成功应用于高压定容弹中 H 高速射流的定量诊断工作，其在氢气发动机燃烧的应用正在进行中。此外，我还以唯一完成人身份参与了沙特阿美石油公司子课题“光学发动机燃烧室射流火焰结构特性研究”。我搭建了一套原位拉曼光谱诊断系统，并利用该系统实现了燃烧室内 CH /空气射流火焰的CH 、O 、N 、H O的一维分布诊断，并探讨了全局当量比对射流火焰局部当量比的影响。

• 上海交通大学：工学博士，动力工程及工程热物理（指导老师：蔡伟伟教授） 2015—2020

• 德国埃尔朗根-纽伦堡大学：博士联合培养，机械工程系（指导老师：Prof. Stefan Will） 2018—2019

• 吉林大学：工学学士，汽车运用工程系 2011—2015

（2015.09-2020.06）：燃烧场三维诊断技术开发

为了适应航空发动机燃烧室高频率、高空间变化率的燃烧特性，从无到有，开发并完善了一种高速、多维度、多波段同步测量的燃烧诊断技术，具体研究内容和成果包括：

• 提出了一种畸变矫正和吸收矫正的火焰辐射三维诊断物理模型、一种双正交分解快速重建算法和一种三维空间分辨率量化方法，研究理论使得层析成像技术可用于燃烧场，并具有在线诊断的能力。研究成果包括第一作者JCR分区Q1期刊文章3篇，累计被引用120+。基于相关研究成果，2023年在燃烧能源领域顶级期刊Progress in Energy and Combustion Science（IF = 29.5）攥写综述文章。

• 结合三维诊断技术与火焰辐射光谱理论，提出了一种高频率、双波段火焰辐射三维诊断方法，并首次实现了湍流火焰温度场的高频率诊断。该项技术可对温度高达 2000 K 的三维温度分布实现误差为 100 K的三维诊断。研究成果发表在 TOP期刊 Optics Express上面，开发技术已经被应用于航空发动机燃烧室温度的高频率诊断工作（两机专项子课题）。

（2015.09-2022.10）：发动机燃烧诊断应用

发动机燃烧的物理化学参数的测量对于理解发动机燃烧特性至关重要，但相关测量任务一直被认为是诊断工作的难点，主要问题来自于复杂的燃烧环境和测量光学窗口的限制，该领域的研究成果包括：

• 将提出的燃烧三维诊断技术应用到了航空发动机模型燃烧室的诊断工作，实现了千赫兹级别的旋流火焰三维重建、旋流火焰三维曲率高精度测量、旋流火焰三维瑞利因子场的测量，并将该技术用于燃烧不稳定性机制研究。研究成果受到高度评价，并被编入书籍 - 《Development and Application of Light-Field Cameras in Fluid Measurements》。

• 基于吸收光谱层析成像技术，提出了有限数量的传感器测量路径优化策略，通过最小化传感器位置的线性相关性，极大的提高了温度诊断的精度。该理论对于解决发动机测量空间受限的问题具有重要的实际意义，该成果的有效性被航天工程大学宋俊玲教授的研究证实。

• 开发原位拉曼光谱试验台，对光学发动机射流火焰的多种物质进行了一维半定量诊断，并对燃烧室内局部当量比的空间分布进行了评估。该项技术也可用于航空发动机火箭筒的物质浓度和温度的诊断，目前是国家重大需求但技术难度极高。

（2020.08-至今）：清洁燃料燃烧与光学诊断

随着我国 2030 年实现“碳达峰”，2060 年实现“碳中和”的重大战略目标的提出，关于清洁燃料的研究至关重要，该领域的研究成果包括：

• 作为比质量能量密度最大的清洁燃料之一，金属粉末在民用和军用方面都具有广阔的前景，目前在该前沿领域国内还没有相关的实验研究。我在麦吉尔大学和斯坦福大学均从事金属燃料燃烧的诊断研究。目前，我已经成功开发出吸收光谱技术和发射光谱技术，实现了铝粉燃烧的气相温度、液相温度和火焰温度的同步诊断，研究结果通过实验手段验证了铝粉的扩散燃烧模式。

• 针对清洁燃料氢气燃烧，提出了一种基于拉曼光谱技术的多种物质浓度和温度的高精度二维诊断方法，该方法的摩尔分数测量误差在0.007以内，温度测量误差在15 K以内。该系统已经被成功应用于 200 bar 的高压定容弹中的 H 高速射流的定量诊断工作。已经有 1 项研究成果发表在 TOP 期刊Optics Letters 上面，相关研究还在进行中。全世界范围内很少有团队具备燃烧场定量诊断的能力。该研究方向是我国航空航天领域重大需求。

荣誉奖励

• 2024国家级高层次青年人才（海外）

• 2021上海市工程热物理学会优秀博士学位论文提名奖

• 2020上海交通大学优秀博士毕业生发展奖学金

• 2020上海交通大学优秀博士学位论文提名奖

• 2019上海交通大学学术之星提名奖

• 2019上海交通大学机械与动力工程学院学术之星

• 2018国家留学基金委 CSC奖学金，博士联合培养

• 2017博士生国家奖学金

• 2015免试保研资格，专业第一，吉林大学汽车运用工程系

• 2012本科生国家奖学金

发明专利

• 1) 蔡伟伟，于涛，基于多谱线吸收光谱断层成像技术的燃烧优化控制方法，国家发明专利已授权，ZL 2017 1 0948679. 0，

• 2) 蔡伟伟，王倩，于涛，一种多角度、多光谱频率编码成像方法及其装置，国家发明专利已授权，ZL 2020 1 1416605. 0，

期刊论文（Web of Science他引638次）

已发表 SCI论文：26篇

第一作者/通讯作者（14 篇）

• 1) Tao Yu*, Kartik Mangalvedhe, Jeffrey M. Bergthorson, “Dual-range emission spectroscopy for temperature measurement of laminar aluminum dust flames”, Combustion and Flame, 2024. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2024.113421 (第一作者，IF = 4.4，JCR分区：Q1，TOP期刊).

• 2) Tao Yu, Chaobo Yang, Priybrat Sharma, Abdullah S. Al Ramadan, and Gaetano Magnotti*, “Fiber-bundle-based 2D Raman and Rayleigh imaging for major species and temperature measurement in laminar flames”, Optics Letters, 2022. https://doi.org/10.1364/OL.467713（第一作者，IF = 3.6，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：2）

• 3) Tao Yu, Florian J. Bauer, Franz J. Huber, Stefan Will, and Weiwei Cai*, “4D temperature measurements using tomographic two-color pyrometry”, Optics Express, 2021. https://doi.org/10.1364/OE.412821（第一作者，IF = 3.833，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：24）

• 4) Tao Yu, Can Ruan, Weiwei Cai*, Xingcai Lu, “Measurement of 3D Rayleigh index field via time-resolved CH* computed tomography”, Aerospace Science and Technology, 2019. https://doi.org/10.1016/j.ast.2019.105487（第一作者，IF = 5.547，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：21）

• 5) Tao Yu, Weiwei Cai*, “Simultaneous reconstruction of temperature and velocity field using nonlinear acoustic tomography”, Applied Physics Letters, 2019. https://doi.org/10.1063/1.5111567（第一作者， IF = 3.94，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：12）

• 6) Tao Yu, Hecong Liu, Jiaqi Zhang, Weiwei Cai*, Fei Qi, “Toward real-time volumetric tomography for combustion diagnostics via dimension reduction”, Optics Letters, 2018. https://doi.org/10.1364/OL.43.001107（第一作者，IF = 3.6，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：29）

• 7) Tao Yu, Hecong Liu, Weiwei Cai*, “On the quantification of spatial resolution for three-dimensional computed tomography of chemiluminescence”, Optics Express, 2017. https://doi.org/10.1364/OE.25.024093（第一作者，IF = 3.833，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：44）

• 8) Tao Yu, Bo Tian, Weiwei Cai*, “Development of a beam optimization method for absorption-based tomography”, Optics Express, 2017. https://doi.org/10.1364/OE.25.005982（第一作者，IF = 3.833，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：37）

• 9) Tao Yu, Qian Wang, Can Ruan, Feier Chen, Weiwei Cai*· Xingcai Lu, Markus Klein, “A quantitative evaluation method of 3D flame curvature from reconstructed flame structure”, Experiments in Fluids, 2020. https://doi.org/10.1007/s00348-020-2905-0（第一作者，IF = 2.797，JCR分区：Q2，引用：15）

• 10) Tao Yu, Can Ruan, Weiwei Cai*, Xingcai Lu, “Development of an absorption-corrected method for three-dimensional computed tomography of chemiluminescence”, Measurement Science and Technology, 2019. https://doi.org/10.1088/1361-6501/ab01c1 （第一作者，IF = 2.398，JCR分区：Q2，引用：14）

• 11) Tao Yu, Can Ruan, Hecong Liu, Weiwei Cai*, Xingcai Lu, “Time-resolved measurements of a swirl flame at 4 kHz via computed tomography of chemiluminescence”, Applied Optics, 2018. https://doi.org/10.1364/AO.57.005962（第一作者，IF = 1.905，JCR分区：Q2，引用：35）

• 12) Tao Yu, Weiwei Cai*, “Benchmark evaluation of inversion algorithms for tomographic absorption spectroscopy”, Applied Optics, 2017. https://doi.org/10.1364/AO.56.002183（第一作者，IF = 1.905，JCR分区：Q2，引用：60）

• 13) Tao Yu, Weiwei Cai*, Yingzheng Liu, “Rapid tomographic reconstruction based on machine learning for time-resolved combustion diagnostics”, Review of Scientific Instruments, 2018. https://doi.org/10.1063/1.5016403（第一作者，IF = 1.843，JCR分区：Q3，引用：25）

• 14) Weiwei Cai, Xiaolei Wang, Tao Yu*, “Spatial-frequency encoded imaging of multangular and multispectral images”, Review of Scientific Instruments, 2021. https://doi.org/10.1063/5.0025112（通讯作者，SCI，IF = 1.843，JCR分区：Q3）

共同作者（12 篇）

• 15) Samuel Grauer, Khadijeh Mohri, Tao Yu, Hecong Liu, Weiwei Cai*, “Volumetric Emission Tomography for Combustion Processes”, Progress in Energy and Combustion Science, 2023. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2022.101024（第三作者，IF = 29.5，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：22）

• 16) Chaobo Yang, Diana Ezendeeva, Tao Yu, Gaetano Magnotti*, “Temperature dependent Raman spectra of ammonia ranging from 3150 cm−1 to 3810 cm−1 for combustion applications”, Optics Express, 2021. https://doi.org/10.1364/OE.437979（第三作者，IF = 3.833，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：4）

• 17) Can Ruan, Feier Chen, Tao Yu, Weiwei Cai, Xinling Li, Xingcai Lu*, “Experimental study on combustion stability characteristics in liquid-fueled gas turbine model combustor: Fuel sensitivities and flame/flow dynamics”, Fuel, 2020. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116973（第三作者，IF = 7.4，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：23）

• 18) Can Ruan, Feier Chen, Tao Yu, Weiwei Cai, Xinling Li, Xingcai Lu*, “Experimental characterization of flame/flow dynamics during transition between stable and thermo-acoustically unstable conditions in a gas turbine model combustor”, Aerospace Science and Technology, 2020. https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.105858（第三作者，IF = 5.547，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：12）

• 19) Can Ruan, Feier Chen, Tao Yu, Weiwei Cai, Xinling Li, Xingcai Lu*, “Experimental study on flame/flow dynamics in a multi-nozzle gas turbine model combustor under thermo-acoustically unstable condition with different swirler configurations”. Aerospace Science and Technology, 2020. https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.105692（第三作者，IF = 5.547，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：35）

• 20) Hongzhao Liu, Yuzhang Wang*, Tao Yu, Hecong Liu, Weiwei Cai, Shilie Weng, “The effect of carbon dioxide in the biogas on the turbulent combustion in the combustor of micro gas turbine”, Renewable Energy, 2020. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.09.014 （第三作者，IF = 8.7，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：20）

• 21) Feier Chen, Can Ruan, Tao Yu, Weiwei Cai, Yebing Mao, Xingcai Lu*, “Effects of fuel variation and inlet air temperature on combustion stability in a gas turbine model combustor”. Aerospace Science and Technology, 2020. https://doi.org/10.1016/j.ast.2019.05.052（第三作者，IF = 5.547，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：35）

• 22) Can Ruan, Tao Yu, Feier Chen, Sixu Wang, Weiwei Cai*, Xingcai Lu*, “Experimental characterization of the spatiotemporal dynamics of a turbulent flame in a gas turbine model combustor using computed tomography of chemiluminescence”, Energy, 2019. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.12.215（第二作者，IF = 9，JCR分区：Q1，TOP期刊，引用：30）

• 23) Florian J Bauer, Tao Yu, Weiwei Cai, Franz JT Huber, Stefan Will*. “Three-dimensional particle size determination in a laminar diffusion flame by tomographic laser-induced incandescence”. Applied Physics B, 2021. https://doi.org/10.1007/s00340-020-07562-w（第二作者，IF = 2.1，JCR分区：Q2，引用：13）

• 24) Qian Wang, Tao Yu, Hecong Liu, Jianqing Huang, Weiwei Cai*, “Optimization of camera arrangement for volumetric tomography with constrained optical access”, Journal of the Optical Society of America B, 2020. https://doi.org/10.1364/JOSAB.385291（第二作者，IF = 1.9，JCR分区：Q2，引用：17）

• 25) Jinghang Dai, Tao Yu, Lijun Xu, Weiwei Cai*, “On the regularization for nonlinear tomographic absorption spectroscopy”, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2018. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2017.11.016 （第二作者，IF = 2.3，JCR分区：Q2，引用：22）

• 26) Hecong Liu, Tao Yu, Weiwei Cai* “Demonstration of 3D computed tomography of chemiluminescence with restricted field of view”, Applied Optics, 2017. https://doi.org/10.1364/AO.56.007107 （第二作者，IF = 1.905，JCR分区：Q2，引用：34）

在投论文（1 篇）

• Kartik Mangalvedhe, Antoine Durocher, Tao Yu, Jeffrey M. Bergthorson, “Development of laser absorption spectroscopy for NO-thermometry in aluminum flames”, submitted to Applied Optics.

会议论文（3 篇）

• 1) Bin Wu, Priybrat Sharma, Tao Yu, Lucia Palombi, Hao Wu, Moez Ben Houidi, Niraj Panthi, William Roberts, Gaetano Magnotti*, “High-Speed 2-D Raman and Rayleigh Imaging of a Hydrogen Jet Issued from a Hollow-Cone Piezo Injector”, SAE Technical Paper, Napoli, Italy, 2023. https://doi.org/10.4271/2023-24-0019

• 2) Tao Yu, Priybrat Sharma, Chaobo Yang, Gaetano Magnotti, “Development of a fiber-bundle-based 2D Raman imaging system for multi-species”, Laser Applications to Chemical, Security and Environmental Analysis, Vancouver, Canada, July 2022. https://doi.org/10.1364/LACSEA.2022.LM1B.2

• 3) Feier Chen, Can Ruan, Tao Yu, Weiwei Cai and Xingcai Lu. “Flame/flow Dynamics in a Multi-nozzle Gas Turbine Model Combustor Under Thermo-acoustically Unstable Condition”, AIAA 2019-2737. 25th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. Delft, The Netherlands, May 2019. https://doi.org/10.2514/6.2019-2737

• 1) 2021-2023，国家自然科学基金中德合作研究项目(E0606)，基于光学层析成像的非定常火焰碳烟诊断方法研究（第二参与人）

• 2) 2020-2023，国家自然科学基金青年基金(E0606)，基于单相机内窥背景纹影层析技术的火焰折射率场、密度场和温度场同步测量方法研究，（第二参与人）

• 3) 2018-2020，国家自然科学基金青年基金(E0606)，基于高光谱吸收层析技术的火焰温度场测量方法研究，（第二参与人）

• 4) 2019-2023，xxx点熄火，两机专项基础研究子课题，（主要参与人）

• 5) 2019-2022，沙特阿美石油公司校企合作项目，Fuelcom 3: 光学发动机高压燃烧和预燃室燃烧研究，子课题 1：基于拉曼散射技术的光学发动机燃烧室射流火焰多物质一维诊断（技术负责人）

• 6) 2019-2022，沙特阿美石油公司校企合作项目，Fuelcom 3: 光学发动机高压燃烧和预燃室燃烧研究，子课题 2：超高频率氢气燃烧多种物质二维拉曼成像系统开发（技术负责人）

• 7) 2020-2023，加拿大航天局（Canadian Space Agency）研究项目，铝粉燃烧光学诊断技术开发及铝粉燃烧模型研究（技术负责人）

• 8) 2024-至今，加拿大航天局（Canadian Space Agency）研究项目，用于推进和能源存储的太空燃料制取技术研究（主要参与人）

• 9) 2024-至今，美国海军（The Office of Naval Research）研究项目， ***（主要参与人）

美国光学协会会员

国际燃烧学会会员

期刊审稿人

• Combustion and Flame (IF = 4.4)

• Proceedings of the Combustion Institute (IF = 3.4)

• Review of Scientific Instruments (IF = 1.843)

• Optics Express (IF = 3.833)

• Optics Letters (IF = 3.6)

• Applied Optics (IF = 1.905)

• Energy (IF = 9)

• Fuel (IF = 7.4)

• ASME (IF = 3.3)

学术报告

• 1) “激光拉曼光谱技术及燃烧诊断应用”, 第八届全国激光光谱技术学术会议, 重庆, 中国, 2024年5月9日-11日. （专题特邀报告 & 专题主持人）

• 2) “激光拉曼光谱技术及高压诊断应用”, 第十四届全国多相流测试学术会议, 广州, 广东, 中国, 2024年8月16日-18日. （专题邀请报告）

• 3) “激光拉曼光谱技术及高压诊断应用”, 首届面向航空发动机燃烧室的光学诊断青年学者研讨会·光学测温技术发展及应用, 呼和浩特, 内蒙古, 中国, 2024年8月15日-18日. （邀请报告）

• 4) “Demonstration of absorption spectroscopy for gas phase temperature measurement in aluminum dust flames”, Gordon Research Conference - Laser Diagnostics in Energy and Combustion Science, Newry, ME, United States, July 9-14, 2023. （墙报展示）

• 5) “Impact of particle concentration on temperatures in premixed aluminum dust flames,” Proceedings of Combustion Institute – Canadian Section, Edmonton, Alberta, Canada, May 14-18, 2023. （口头报告）

• 6) “Applications of Raman spectroscopy for gas sensing and temperature measurement,” RMIT University, Melbourne, Australia, September 20, 2022. （学术研讨会，线上）

• 7) “Development of a fiber-bundle-based 2D Raman imaging system for multi-species,” Laser Applications to Chemical, Security and Environmental Analysis, Vancouver, Canada, July 11, 2022. （口头报告）

• 8) “4D temperature measurements using tomographic two-color pyrometry,” 38th Combustion Symposium, Adelaide, Australia, 2020. （口头报告，线上）

• 9) “Applications of endoscopic tomography for 3D combustion diagnostics,” Markus Klein’s group at the Universität der Bundeswehr München, Munich, Germany, 2019. （学术研讨会）