Главная / Библиотека / Применение квантово-каскадных лазеров в абсорбционной спектроскопии

Применение квантово-каскадных лазеров в абсорбционной спектроскопии

Применение квантово-каскадных лазеров в абсорбционной спектроскопии

Введение

Спектроскопические методы, основанные на использовании лазерных источников, имеют большой потенциал для выявления и мониторинга компонентов в газовой фазе. Высокая чувствительность и селективность лазера позволяет использовать их для количественной оценки атомов и молекул в образце. Квантово-каскадные лазеры, излучающие в области среднего ИК диапазона, обеспечивают высокое разрешение и позволяют идентифицировать спектр молекул в газовых образцах и в парах воды.

В настоящей стате рассматривает демонстрация работы лазерного спектрометра для исследования содержания этанола в образце. Соединение необходимо исследовать с помощью системы абсорбционной спектроскопии на основе квантово-каскадного лазера iCW-QCLAS. Компактная аппаратура может использоваться в качестве альтернативы существующих подходов к исследованию газообразных соединений, среди которых анализаторы «черного ящика» или газовые смеси в бутылках. Подход к анализу этанола с использованием квантово-каскадных лазеров можно экстраполировать для анализа других органических молекул в широком спектре приложений.

Экспериментальная установка

1

Рисунок 1. Схема системы для измерения этанола (без крышки); красная линия представляет путь инфракрасного лазерного пучка. Корпус под оптической платформой содержит все электронное оборудование. Размеры системы с крышкой составляют 33 х 30 х 63 см.

На рисунке 1 показана экспериментальная установка, использованная для анализа содержания молекул этанола в образце. Оптический модуль установлен на виброизолирующей платформе 0.3 х 0.6 м и электронные компоненты вынесены под платформу для удобства. Большой выбор виброизолирующих платформ предлагает компании ТМС и Standa.

В качестве источника среднего ИК излучения с распределенной обратной связью был выбран лазер Alpes Lasers, излучающий на длине волны 9.3 мкм. Лазерный пучок формируется в объективе 12.7 мм, на линзы которого нанесены антибликовые покрытия. Объектив был установлен в XYZ-транслятор для удобного перемещения и юстировки объектива вдоль осей. Аберрации минимизировались с использованием астигматической ячейки широкого диапазона AMAC-36 от Aerodyne Research. Излучение источника фокусировалось на приемнике с системой охлаждения (PVMI-4TE-10.6 от производителя Vigo System). Качественная направляющая оптика эффективно преломляла и отражала электромагнитную волну. Дополнительно использовался твердотельный эталон из германия в свободном спектральном диапазоне 0.049 см-1 (не показан на схеме) для перестраивания диапазона. Оптический модуль для лучшей стабилизации системы можно оснастить элементом охлаждения Пельтье. Продувание оптики сухим азотом позволило избежать поглощения, возникающего из-за насыщения воздушной среды водой. Давление и температура контролировались высокоточным термистором (10 кОм, BetaTHERM Sensors) и манометром (MKS Instruments).

Результаты

2_33

Рисунок 2. Генерация опорного спектра этанола в высоком разрешении. Обработка сигнала осуществлялась в четыре этапа: 1) генерация базовой линии при нулевом поглощении; 2) спектр пропускания этанола; 3) спектральные полосы при относительной настройке лазера; 4) колебательно-вращательный спектр пропускания воды, обозначенный * при абсолютной калибровке волнового числа.

Эти образцы спектров были получены при процедуре аппроксимации методом наименьших квадратов Левенберга-Маркардта, также была минимизирована суммарная погрешность между экспериментальными и справочными данными. Этот аналитический подход применим к статистике любых микроансамблей.

3-555

Рисунок 3. Спектр пропускания этанола с высоким разрешением (черный) в синтетическом воздухе. Используется квантово-каскадный лазер с распределенной обратной связью при давлении 100 гПа и комнатной температуре. Отмечено достаточно точное совпадение спектров при аппроксимации.

Лазерная спектроскопия хорошо известна как высокоселективный метод, но точное измерение миллионных долей этанола в газовой матрице, содержащей несколько процентов H2O, остается, однако, очень сложной задачей из-за возникающих шумов и переналожений спектра. В этом опыте неточность оценивается в 0.7 - 1% отн. ед.

Выводы

Была продемонстрирована эффективность применения квантово-каскадного лазера для точных измерений органических соединений с широкими спектрами поглощения. Это противоречит частому предположению о том, что только широкий спектральный охват позволяет избирательно измерять газообразные органические вещества, и, таким образом, это может привести к изменению парадигмы в измерении газа. Дальнейшие разработки в этой области, вероятно, найдут распространение в медицине, включая анализ дыхания методом QCLAS в среднем ИК диапазоне.

 

 

©Alpes Lasers

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Alpes Lasers на территории РФ

Теги лазерная спектроскопия средний ик диапазон alpes lasers квантово-каскадные лазеры
Новые статьи
Генерация векторных и вихревых пучков путем акустического возбуждения оптического волокна

В последние годы структурированные лазерные пучки привлекают все большее внимание. На сегодняшний день существует ряд методов для генерация подобных пучков в свободном пространстве, а также с использованием оптического волокна...

Измерение спектров солнечного света LightMachinery

За последние несколько лет LightMachinery представила новую серию спектрометров с перекрестной дисперсией. Устройства охватывают спектральный диапазон от 270 нм до 1675 нм, отдельные модели обладают рекордным разрешением 0.5 пм.

Генерация суперконтинуума в волокне CorActive

Источники излучения среднего ИК диапазона долгое время являются предметом интереса многих ученых. Это обусловлено обширным потенциалом применения этих источников в области молекулярных исследований. Один из видов источников ИК волн – суперконтинуум лазеры, сочетающие яркость волоконных лазеров со сверхшироким спектральным диапазоном излучения черного тела.

Как измерить мощность высокомощного лазера?

В процессе работы лазера во многих приложениях зачастую требуется контроль энергетических параметров излучения. Компания Thorlabs предлагает универсальный измеритель мощности лазерного излучения S322C на основе термодатчика, способный регистрировать сигналы мощностью от 100 мВт до 200 Вт в широком диапазоне длин волн от 250 нм до 11 мкм...

Компоненты фемтосекундных лазеров

Короткоимпульсные лазеры используются в приложении к различным методам спектроскопии, (в частности, времяразрешенной), точной обработки материалов. Современные разработки в этой области направлены на создание лазеров с высокой выходной мощностью.

Оптические столы в приложениях с высоким уровнем вибраций

Важной частью каждой оптической лаборатории является оптический стол. Оптический стол должен обладать достаточной жесткостью, амортизацией, плоскостностью, чистотой поверхности, равномерным коэффициентом теплового расширения. На оптической плите располагаются тщательно выверенные массивы резьбовых отверстий. Но самой важной характеристикой является то, что они обеспечивают высокую стабильность оптической системы.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2