Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Một máy quang phổ hấp thụ tăng cường nhờ phản hồi quang học dựa trên laser cascade lượng tử cho phép đo đồng thời CH4 và N2O trong không khí
Tóm tắt
Quang phổ hấp thụ tăng cường nhờ phản hồi quang học (OF CEAS) đã được chứng minh với một laser cascade lượng tử (QCL) phân bố phản hồi liên tục được làm lạnh bằng nhiệt điện hoạt động tại các bước sóng xung quanh 7.84 μm. QCL được ghép nối với một buồng quang học, tạo ra một chiều dài đường đi hấp thụ lớn hơn 1000 m. Thiết kế thực nghiệm cho phép phản hồi quang học của ánh sáng hồng ngoại, cộng hưởng trong buồng, tới QCL, dẫn đến việc tự động khóa tại mỗi tần số chế độ TEM00 của buồng được kích thích. Độ rộng đường sản xuất của QCL giảm xuống dưới độ rộng đường chế độ, làm tăng đáng kể hiệu suất bơm ánh sáng vào buồng. Tại tần số của mỗi chế độ buồng dọc, hệ số hấp thụ của một mẫu trong buồng được thu được từ truyền tại cực đại chế độ, được đo bằng một cảm biến làm lạnh bằng nhiệt điện: hồ sơ đường quang phổ của CH4 và N2O trong không khí xung quanh đã được ghi lại đồng thời với độ phân giải 0.01386 cm−1. Hệ số hấp thụ phát hiện tối thiểu là 5.5×10−8 cm−1 đã được chứng minh sau thời gian trung bình 1 giây cho hệ thống hoàn toàn làm lạnh bằng nhiệt điện này. Giới hạn phân băng chuẩn hóa cho một chế độ buồng đơn là 5.6×10−9 cm−1 Hz−1/2 (1σ).
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
M.G. Allen, Meas. Sci. Technol. 9, 545 (1998)
I. Linnerud, P. Kaspersen, T. Jaeger, Appl. Phys. B 67, 297 (1998)
P.A. Martin, Chem. Soc. Rev. 31, 201 (2002)
C. McDonagh, C.S. Burke, B.D. MacCraith, Chem. Rev. 108, 400 (2008)
A. O’Keefe, D.A.G. Deacon, Rev. Sci. Instrum. 59, 2544 (1988)
R. Engeln, G. Berden, R. Peeters, G. Meijer, Rev. Sci. Instrum. 69, 3763 (1998)
M.D. Wheeler, S.M. Newman, A.J. Orr-Ewing, M.N.R. Ashfold, J. Chem. Soc., Faraday Trans. 94, 337 (1998)
G. Berden, R. Peeters, G. Meijer, Int. Rev. Phys. Chem. 19, 565 (2000)
S.S. Brown, Chem. Rev. 103, 5219 (2003)
S.M. Ball, R.L. Jones, Chem. Rev. 103, 5239 (2003)
S.C. Xu, G.H. Sha, J.C. Xie, Rev. Sci. Instrum. 73, 255 (2002)
H. Waechter, J. Litman, A.H. Cheung, J.A. Barnes, H.-P. Loock, Sensors 10, 1716 (2010)
A. Foltynowicz, F.M. Schmidt, W. Ma, O. Axner, Appl. Phys. B 92, 313 (2008)
M. Mazurenka, A.J. Orr-Ewing, R. Peverall, G.A.D. Ritchie, Annu. Rep. Prog. Chem. Sect. C 101, 100 (2005)
M. Tacke, Infrared Phys. Technol. 36, 447 (1995)
W. Chen, J. Cousin, E. Poullet, J. Burie, D. Boucher, X. Gao, M.W. Sigrist, F.K. Tittel, C. R. Phys. 8, 1129 (2007)
D. Richter, A. Fried, P. Weibring, Laser Photon. Rev. 3, 343 (2009)
P. Weibring, D. Richter, J.G. Walega, A. Fried, Opt. Exp. 15, 13476 (2007)
R. Grilli, L. Ciaffoni, G. Hancock, R. Peverall, G.A.D. Ritchie, A.J. Orr-Ewing, Appl. Opt. 48, 5696 (2009)
R. Grilli, L. Ciaffoni, A.J. Orr-Ewing, Opt. Lett. 35, 1383 (2010)
J. Faist, F. Capasso, D.L. Sivco, C. Sirtori, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho, Science 264, 553 (1994)
F. Capasso, C. Gmachl, R. Paiella, A. Tredicucci, A.L. Hutchinson, D.L. Sivco, J.N. Baillargeon, A.Y. Cho, H.C. Liu, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6, 931 (2000)
C. Gmachl, F. Capasso, D.L. Sivco, A.Y. Cho, Rep. Prog. Phys. 64, 1533 (2001)
F. Capasso, C. Gmachl, D.L. Sivco, A.Y. Cho, Phys. Today 55, 34 (2002)
A.A. Kosterev, F.K. Tittel, IEEE J. Quantum Electron. 38, 582 (2002)
R.F. Curl, F. Capasso, C. Gmachl, A.A. Kosterev, B. McManus, R. Lewicki, M. Pusharsky, G. Wysocki, F.K. Tittel, Chem. Phys. Lett. 487, 1 (2010)
B.A. Paldus, C.C. Harb, T.G. Spence, R.N. Zare, C. Gmachl, F. Capasso, D.L. Sivco, J.N. Baillargeon, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho, Opt. Lett. 25, 666 (2000)
A.A. Kosterev, A.L. Malinovsky, F.K. Tittel, C. Gmachl, F. Capasso, D.L. Sivco, J.N. Baillargeon, A.Y. Cho, Appl. Opt. 40, 5522 (2001)
L. Menzel, A.A. Kosterev, R.F. Curl, F.K. Tittel, C. Gmachl, F. Capasso, D.L. Sivco, J.N. Baillargon, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho, W. Urban, Appl. Phys. B 72, 859 (2001)
J.B. Paul, J.J. Scherer, A. O’Keefe, L. Lapson, J.G. Anderson, C. Gmachl, F. Capasso, A.Y. Cho, Proc. SPIE 4577, 1 (2002)
J. Manne, O. Sukhorukov, W. Jäger, J. Tulip, Appl. Opt. 45, 9230 (2006)
M.L. Silva, D.M. Sonnenfroh, D.I. Rosen, M.G. Allen, A. O’Keefe, Appl. Phys. B 81, 705 (2005)
Y.A. Bakhirkin, A.A. Kosterev, R.F. Curl, F.K. Tittel, D.A. Yarekha, L. Hvozdara, M. Giovannini, J. Faist, Appl. Phys. B 82, 149 (2006)
S. Welzel, G. Lombardi, P.B. Davies, R. Engeln, D.C. Schram, J. Röpcke, J. Appl. Phys. 104, 093115 (2008)
B.E. Brumfield, J.T. Stewart, S.L. Widicus Weaver, M.D. Escarra, S.S. Howard, C.F. Gmachl, B.J. McCall, Rev. Sci. Instrum. 81, 063102 (2010)
B.A. Paldus, C.C. Harb, T.G. Spence, B. Wilke, J. Xie, J.S. Harris, R.N. Zare, J. Appl. Phys. 83, 3991 (1998)
B. Dahmani, L. Hollberg, R. Drullinger, Opt. Lett. 12, 876 (1987)
Ph. Laurent, A. Clairon, Ch. Bréant, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1131 (1989)
J. Morville, D. Romanini, A.A. Kachanov, M. Chenevier, Appl. Phys. B 78, 465 (2004)
J. Morville, S. Kassi, M. Chenevier, D. Romanini, Appl. Phys. B 80, 1027 (2005)
D. Romanini, M. Chenevier, S. Kassi, M. Schmidt, C. Valant, M. Ramonet, J. Lopez, H.-J. Jost, Appl. Phys. B 83, 659 (2006)
E.R.T. Kerstel, R.Q. Iannone, M. Chenevier, S. Kassi, H.-J. Jost, D. Romanini, Appl. Phys. B 85, 397 (2006)
R. Wehr, S. Kassi, D. Romanini, L. Gianfrani, Appl. Phys. B 92, 459 (2008)
S. Kassi, M. Chenevier, L. Gianfrani, A. Salhi, Y. Rouillard, A. Ouvrard, D. Romanini, Opt. Express 14, 11442 (2006)
T.J.A. Butler, J.L. Miller, A.J. Orr-Ewing, J. Chem. Phys. 126, 174302 (2007)
T.J.A. Butler, D. Mellon, J. Kim, J. Litman, A.J. Orr-Ewing, J. Phys. Chem. A 113, 3963 (2009)
V. Motto-Ros, J. Morville, P. Rairoux, Appl. Phys. B 87, 531 (2007)
D.J. Hamilton, M.G.D. Nix, S. Baran, G. Hancock, A.J. Orr-Ewing, Appl. Phys. B 100, 233 (2010)
Climate Change 2007: the Physical Science Basis, Summary for Policymakers, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (2007)
T.J. Blasing, Recent greenhouse gas concentrations (Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC), Oak Ridge National Laboratory, USA). doi:10.3334/CDIAC/atg.032 (2009)
S. Wright, G. Duxbury, N. Langford, Appl. Phys. B 85, 243 (2006)
L. Joly, C. Robert, B. Parvitte, V. Catoire, G. Durry, G. Richard, B. Nicoullaud, V. Zéninari, Appl. Opt. 47, 1206 (2008)
R.W. Tkach, A.R. Chraplyvy, J. Lightw. Tech. LT-4, 1655 (1986)
N. Schunk, K. Petermann, IEEE J. Quantum Electron. 24, 1242 (1988)
C.H. Henry, IEEE J. Quantum Electron. 18, 259 (1982)
K. Vahala, L.C. Chiu, S. Margalit, A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 42, 631 (1983)
A. Yariv, Quantum Electronics (Wiley, New York, 1975)
C. Harder, K. Vahala, A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 42, 328 (1983)
Y. Yu, G. Giuliani, S. Donati, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 990 (2004)
M. Osinski, J. Buus, IEEE J. Quantum Electron. 23, 9 (1987)
J. von Staden, T. Gensty, W. Elsäßer, G. Giuliani, C. Mann, Opt. Lett. 31, 2574 (2006)
T. Aellen, R. Maulini, R. Terazzi, N. Hoyler, M. Giovanni, J. Faist, S. Blaser, L. Hvozdara, Appl. Phys. Lett. 89, 091121 (2006)
R.P. Green, J.-H. Xu, L. Mahler, A. Tredicucci, F. Beltram, G. Giuliani, H.E. Beere, D.A. Ritchie, Appl. Phys. Lett. 92, 071106 (2008)
S. Bartalini, S. Borri, P. Cancio, A. Castrillo, I. Galli, G. Giusfredi, D. Mazzotti, L. Gianfrani, P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 104, 083904 (2010)
D. Weidmann, K. Smith, B. Ellison, Appl. Opt. 46, 947 (2007)
V. Motto-Ros, M. Durand, J. Morville, Appl. Phys. B 91, 203 (2008)
L.S. Rothman, D. Jacquemart, A. Barbe, D. Chris Benner, M. Birk, L.R. Brown, M.R. Carleer, C. Chackerian Jr., K. Chance, L.H. Coudert, V. Dana, V.M. Devi, J.-M. Flaud, R.R. Gamache, A. Goldman, J.-M. Hartmann, K.W. Jucks, A.G. Maki, J.-Y. Mandin, S.T. Massie, J. Orphal, A. Perrin, C.P. Rinsland, M.A.H. Smith, J. Tennyson, R.N. Tolchenov, R.A. Toth, J. Vander Auwera, P. Varanasi, G. Wagner, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 96, 139 (2005)
Y.H. Lee, Opt. Eng. 31, 2287 (1992)
S.-I. Ohshima, H. Schnatz, J. Appl. Phys. 71, 3114 (1992)
A. Grossel, V. Zéninari, B. Parvitte, L. Joly, D. Courtois, G. Durry, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 109, 1845 (2008)
J.Y. Lee, J.W. Hahn, Appl. Phys. B 79, 653 (2004)
D.W. Allan, Proc. IEEE 54, 221 (1966)