Name: 用于定量气体传感的红外退化四波融合与上转换检测 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-22T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 42 s
Description: 学习红外退化四波融合与上转换检测技术，用于定量气体传感分析。该方法结合PPLN晶体与激光二极管，显著降低检测限，实现对低浓度微量气体物种的高灵敏度空间分辨光谱测量。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

作者在欧盟“地平线2020”计划范围内获得的资助深表感谢。本工作是Mid-TECH玛丽·居里创新培训网络项目 [H2020-MSCA-ITN-2014-642661] 的一部分。

上转换探测器的装置如图1所示；本方案中提到的反射镜、透镜或其他光学元件在此处或如图2所示的红外差频四波混频（IR-DFWM）装置示意图中均已标明。方案部分主要涉及该方法所用光学装置的准直调整，可在任意步骤通过关闭所有运行中的设备暂停操作。所有反射镜均手动调节。用于控制相机和激光二极管（LD）的软件随上转换探测器一并提供，其使用方法在方案末尾进行说明。
1. 上转换
<ol>
	<li>按照图1所示，放置准直腔的末端反射镜UH。</li>
	<li>从晶体支架中取出PPLN晶体。</li>
	<li>在位置A处放置一张对红外光敏感的卡片（对1,064 nm敏感），参见图1。</li>
	<li>将固定UH的运动学支架的角度在水平和垂直方向均调至极限位置。然后，将激光二极管（LD）开启至最大输出功率的约1/3。</li>
	<li>按以下步骤对准准直腔：
	<ol>
		<li>将UH在水平方向的角度改变+0.2°。</li>
		<li>在观察红外卡片上是否有来自准直腔的光束的同时，将UH的垂直角度从一个极限位置扫至另一个极限位置。</li>
		<li>重复步骤1.5.1和1.5.2，直到腔体开始激射。</li>
		<li>当准直腔开始激射时，交替调整UH的角度以获得更高功率，并降低LD的驱动电流。LD的设计功率适用于整个腔体，而整个腔体的损耗远高于准直腔。保持输出功率在使用红外卡片可清晰看到从UH出射的光束，但不要超过此程度。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>移除红外卡片。</li>
	<li>调整U2的角度，使准直光束被反射至U3的中心（参见图1）。 
	注：来自准直腔的光束应击中U2的中心。</li>
	<li>调整U3的角度，使光束继续传播至U4、U5和U6，并从U6反射至U7。</li>
	<li>光束必须穿过PPLN支架，高度与PPLN晶体通道的中点一致，且必须垂直于晶体表面入射。使用U2校正高度和角度，同时调整U3以保持光束在穿过x和y孔时处于水平且居中。</li>
	<li>取下锗窗片，并将红外卡片放置在U7后方，使从腔体出射的红外光束能够击中卡片，以便调整腔体的人员能够观察到荧光。 
	注：此时准直光束将穿过PPLN支架并击中U7。</li>
	<li>调整U7的角度，使来自U7的反射光沿准直光束的路径返回。在调整U7角度的同时，观察红外卡片上是否出现光束。当看到光束时，调整U7的角度以最大化输出。</li>
	<li>将PPLN晶体安装到支架中。确保支架放置位置使光束穿过晶体中的一个通道。</li>
	<li>根据当前情况，继续执行相应的子步骤（步骤1.13.1、1.13.2或1.13.3）：
	<ol>
		<li>如果仍可见从U7出射的红外光束，则调整U7以最大化输出，并继续下一步。</li>
		<li>如果从U7出射的红外光束不再可见，将LD电流增加至最大输出的1/3，并检查是否能看到红外光束。如果可见光束，则进入步骤1.13.1；否则，进入步骤1.13.3。</li>
		<li>将LD电流降至之前的水平，并追踪导引光束，检查其是否穿过PPLN晶体中某一通道的中心。如果未穿过，则从步骤1.7开始重复操作，但此时PPLN已在支架中。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>关闭LD，取下UH，并在位置B处安装LP750滤光片（参见图1）。</li>
	<li>将功率计放置在U7后方，但需留出空间以便使用红外卡片检查光束。然后，将LD以全功率开启。</li>
	<li>如果功率计上未检测到信号，微调U7的角度，同时观察功率计上是否有信号出现。若检测到信号，则继续下一步；否则，返回步骤1.1。</li>
	<li>通过调整U2和U7的角度来优化腔体对准，以最大化输出功率，同时使用高功率红外卡片检查腔体是否运行在基模高斯模式。 
	注：尽管在高阶模式下可能获得更高的功率，但为了转换效率，激光器必须运行在基模。</li>
	<li>如果腔体未运行在基模，则其运行在高阶模式，此时在红外卡片上可见多个光瓣。旋转U7，使红外卡片上的光瓣逐渐靠近，直至合并为单一光斑。</li>
	<li>记录U7处的输出功率。结合U7的透射率计算腔内场强，并将该值与图6中的校准曲线进行比较。</li>
	<li>当腔体优化完成后，取下LP750滤光片，并重新安装锗窗片。</li>
</ol>
2. 红外双频波混频对准
注意：DFWM 实验装置的示意图参见图2。
<ol>
	<li>将 HeNe 激光束（导引光束）与 M3 和 M4 对准，使其从 M4 水平射向 L1 的中心。</li>
	<li>将 BOXCARS 平板 1 以 45° 角插入光束中（垂直方向），确保光束穿过平板并产生两束输出光。</li>
	<li>将 BOXCARS 平板 2 以 45° 角插入光束中（水平方向），确保光束穿过平板并产生四束输出光。调节平板的角度，使各光束的分布如同正方形的四个角。</li>
	<li>调整 L1 的位置，直到各光束在透镜中心周围等间距分布。</li>
	<li>暂时保持信号光束（将在被光束挡板阻挡的光路中生成）不被遮挡，以便用于对准其余装置。放置光阑，使其阻挡三束泵浦光，但允许第四束光——信号光束——通过。</li>
	<li>对准 L2，使信号光束准直。此操作必须根据脉冲激光波长下的焦距进行，而非通过目视判断，因为导引光束与中红外光的焦距不同。</li>
	<li>放置 M5 和 M6，使导引光束位于上转换探测器输入窗口的中心，并与输入窗口垂直。</li>
	<li>将 L3 放置于距 PPLN 中心一个光学焦距的位置。需考虑锗窗、谐振腔镜以及 PPLN 本身的折射影响。</li>
	<li>安装上转换模块并开启（参见第 1 节）。</li>
	<li>拆下上转换探测器的锗窗。这将允许 1064 nm 光束从上转换模块中射出。</li>
	<li>通过使用 M6 将 1064 nm 光束移至信号光束路径上，使其在 L2 处重合；同时使用 M5 将导引光束移至 L3 处的 1064 nm 光束上，实现 HeNe 激光束与上转换探测器发出的 1064 nm 光束的重合。交替调节两面反射镜，直至导引光束与 1064 nm 光束沿相同路径传播。</li>
	<li>重新安装锗窗。</li>
	<li>在上转换探测器前方的光路中放置多个中性密度滤光片（ND 滤光片）。务必格外小心，切勿让未衰减的脉冲激光进入上转换探测器，因其高能量可能损坏探测器。</li>
	<li>开启脉冲激光器，并确保其运行稳定且每脉冲能量适当。</li>
	<li>按以下方式使脉冲激光与导引光束重合：
	<ol>
		<li>调节 M1 的角度，使脉冲激光在光束合束器（M2）处与导引光束重合。</li>
		<li>调节 M2 的角度，使脉冲激光被反射至导引光束的传播方向。</li>
		<li>检查光束在合束器以及 1 m、2 m 和 3 m 距离处是否重合。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>找到光束经 L1 后的焦点位置。将待测气体流或火焰放置于该焦点处，使测量点位于光束焦点。</li>
	<li>将脉冲激光器的触发信号连接至上转换探测器，以实现时间门控检测。若时间延迟与门控时间未知，可先设置较长的门控时间，待发现信号后再逐步缩小。</li>
	<li>检查整个装置，特别是 BOXCARS 平板，查找异常反射，并确保这些反射光被遮挡。</li>
	<li>按以下方式优化信号光束在上转换探测器中的对准：
	<ol>
		<li>若探测器上可见信号，调节 M5 和 M6 以最大化信号强度。</li>
		<li>若探测器上无可见信号，将 ND 滤光片衰减降低一个数量级，重复此步骤直至观察到信号。</li>
		<li>若探测器上的信号饱和，则将 ND 滤光片衰减提高一个数量级，重复此步骤直至信号不再饱和。</li>
		<li>重复步骤 2.19.1–2.19.3，直至通过调节 M5 和 M6 无法进一步增强信号。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>放置光束挡板，使其遮挡信号光束，如图 2所示。然后移除 ND 滤光片。</li>
	<li>调节光束挡板的位置，以减少探测器上观察到的散射（背景噪声）。务必格外小心，避免意外解除遮挡，导致探测器暴露于脉冲激光的直射光下。</li>
	<li>准备待测气体流或火焰，然后在记录探测器信号的同时，扫描脉冲激光器跨越感兴趣的波长范围。这将生成与光束重合区域气体成分相对应的光谱。</li>
</ol>
3. 激光二极管软件
<ol>
	<li>运行 LabVIEW 程序 AuroraOne control.vi。</li>
	<li>将 Laser TEC enable 按钮设为 on 状态，并将 RW/TW safety 按钮设为 off 状态。</li>
	<li>在 TA set point 字段中输入以微瓦为单位的期望值，以设置激光电流。激光运行期间输入新值可调节电流。</li>
	<li>将 TA enable 按钮设为 on 状态，以开启激光二极管电流。</li>
	<li>将 TA enable 和 Laser TEC enable 按钮均设为 off 状态，以关闭激光二极管。</li>
</ol>
4. IDS成像开发系统
<ol>
	<li>运行 LabVIEW 程序 UpconversionControl.vi。</li>
	<li>在 Settings 选项卡下，于标有 Exposure Time (secs) 的字段中输入数值，将快门速度设置为 8 µs。</li>
	<li>在 Settings 选项卡下，于标有 IDS Shutter 的字段中将快门类型设置为 Global。</li>
	<li>在 DBG 选项卡下，于 IDS trigger 字段中将触发类型设置为 Lo_Hi。</li>
	<li>在 DBG2 选项卡下，于标有 IDS Trigger Delay (µs) 的字段中设置触发延迟。该值取决于触发脉冲与激光器输出激光脉冲之间的时间延迟。</li>
	<li>在 Settings 选项卡下，将 off set x 和 off set y 设置为 480 像素，将 Width 和 Height 设置为 96 像素。</li>
	<li>在 Settings 选项卡下，于 Framerate 字段中将帧率设置为 0；此设置使相机在每个触发信号下仅采集一帧图像。</li>
	<li>按下 Start Acquisition 按钮以开启相机。</li>
	<li>当信号进入上转换探测器时，该信号将在 LabVIEW 程序右侧显示图像的中央表现为一个亮斑。使用图像左侧栏中的 Rect 功能，在信号周围绘制一个 6 × 6 像素的矩形。</li>
	<li>在 History 选项卡下查看所选像素的平均强度随时间的变化情况。如有需要，可通过右键单击图表并选择 clear 来清除图形。</li>
	<li>按下 Stop Acquisition 按钮以停止相机继续采集新图像。</li>
	<li>通过右键单击强度图，选择 copy data to clipboard，并将数据粘贴至 .txt 文件中，以导出数据。</li>
	<li>按下 Shut down 按钮以关闭相机和控制程序。</li>
</ol>

<ol><li>Sahlberg, A. -L., Zhou, J., Alden, M., Li, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+ro-vibrational+spectra+of+small+hydrocarbons+at+elevated+temperatures+using+infrared+degenerate+four-wave+mixing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Raman+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">Investigation of ro-vibrational spectra of small hydrocarbons at elevated temperatures using infrared degenerate four-wave mixing.</a> Journal of Raman Spectroscopy. 47 (9), 1130-1139 (2016).</li>
<li>Kiefer, J., Ewart, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+diagnostics+and+minor+species+detection+in+combustion+using+resonant+four-wave+mixing%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Energy+and+Combustion+Science%22%5BJournal%5D)">Laser diagnostics and minor species detection in combustion using resonant four-wave mixing.</a> Progress in Energy and Combustion Science. 37 (5), 525-564 (2011).</li>
<li>Sahlberg, A. -L. Non-linear mid-infrared laser techniques for combustion diagnostics. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSahlberg%2C+A-L+%22Lund+University%22">Lund University</a>. , Lund University. Lund, Sweden. Division of Combustion Physics, Department of Physics (2016).</li>
<li>Høgstedt, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-noise+mid-IR+upconversion+detector+for+improved+IR-degenerate+four-wave+mixing+gas+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Low-noise mid-IR upconversion detector for improved IR-degenerate four-wave mixing gas sensing.</a> Optics Letters. 39 (18), 5321(2014).</li>
<li>Pedersen, R. L., Hot, D., Li, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+an+InSb+Detector+and+Upconversion+Detector+for+Infrared+Polarization+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">Comparison of an InSb Detector and Upconversion Detector for Infrared Polarization Spectroscopy.</a> Applied Spectroscopy. 72 (5), 793-797 (2018).</li>
<li>Sahlberg, A. -L., Kiefer, J., Aldén, M., Li, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mid-Infrared+Pumped+Laser-Induced+Thermal+Grating+Spectroscopy+for+Detection+of+Acetylene+in+the+Visible+Spectral+Range%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">Mid-Infrared Pumped Laser-Induced Thermal Grating Spectroscopy for Detection of Acetylene in the Visible Spectral Range.</a> Applied Spectroscopy. 70 (6), 1034-1043 (2016).</li>
<li>Midwinter, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image+conversion+from+1.6+%C2%B5+to+the+visible+in+lithium+niobate%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Image conversion from 1.6 µ to the visible in lithium niobate.</a> Applied Physics Letters. 12 (3), 68(1968).</li>
<li>Dam, J., Tidemand-Lichtenberg, P., Dam, J. S., Tidemand-Lichtenberg, P., Pedersen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room-temperature+mid-infrared+single-photon+spectral+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Room-temperature mid-infrared single-photon spectral imaging.</a> Nature Photonics. 6 (11), 788-793 (2012).</li>
<li>Pelc, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-wavelength-pumped+upconversion+single-photon+detector+at+1550+nm%3A+performance+and+noise+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Long-wavelength-pumped upconversion single-photon detector at 1550 nm: performance and noise analysis.</a> Optics Express. 19 (22), 21445-21456 (2011).</li>
<li>Mancinelli, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mid-infrared+coincidence+measurements+on+twin+photons+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Mid-infrared coincidence measurements on twin photons at room temperature.</a> Nature Communications. 8 (2), 1-8 (2017).</li>
<li>Sua, Y. M., Fan, H., Shahverdi, A., Chen, J. -Y., Huang, Y. -P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Generation+and+Detection+of+Quantum+Correlated+Photons+with+3.2+um+Wavelength+Spacing%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Direct Generation and Detection of Quantum Correlated Photons with 3.2 um Wavelength Spacing.</a> Scientific Reports. 7 (1), 1-10 (2017).</li>
<li>Meng, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Upconversion+detector+for+range-resolved+DIAL+measurement+of+atmospheric+CH4%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Upconversion detector for range-resolved DIAL measurement of atmospheric CH4.</a> Optics Express. 26 (4), 3850-3860 (2018).</li>
<li>Xia, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-range+micro-pulse+aerosol+lidar+at+1.5.+%C2%B5m+with+an+upconversion+single-photon+detector%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Long-range micro-pulse aerosol lidar at 1.5. µm with an upconversion single-photon detector.</a> Optics Letters. 40 (7), 1579-1582 (2015).</li>
<li>Junaid, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mid-infrared+upconversion+based+hyperspectral+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Mid-infrared upconversion based hyperspectral imaging.</a> Optics Express. 26 (3), 2203-2211 (2018).</li>
<li>Kehlet, L. M., Tidemand-Lichtenberg, P., Dam, J. S., Pedersen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infrared+upconversion+hyperspectral+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Infrared upconversion hyperspectral imaging.</a> Optics Letters. 40 (6), 938-941 (2015).</li>
<li>Hermes, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mid-IR+hyperspectral+imaging+for+label-free+histopathology+and+cytology%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Optics%22%5BJournal%5D)">Mid-IR hyperspectral imaging for label-free histopathology and cytology.</a> Journal of Optics. 20 (2), 023002(2018).</li>
<li>Hot, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatially+and+temporally+resolved+IR-DFWM+measurement+of+HCN+released+from+gasification+of+biomass+pellets%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Combustion+Institute%22%5BJournal%5D)">Spatially and temporally resolved IR-DFWM measurement of HCN released from gasification of biomass pellets.</a> Proceedings of the Combustion Institute. , In Press (2018).</li>
<li>Barh, A., Pedersen, C., Tidemand-Lichtenberg, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-broadband+mid-wave-IR+upconversion+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Ultra-broadband mid-wave-IR upconversion detection.</a> Optics Letters. 42 (8), 1504(2017).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

脉冲激光束的准直精度对方法的灵敏度至关重要。必须特别注意确保激光束在穿过BOXCARS平板后保持等间距，并且各光束围绕L1透镜中心均匀分布。若偏离此条件，将导致信号强度显著下降，从而降低灵敏度。同样，必须确保上转换模块的谐振腔工作在基模状态，并且信号光束与上转换泵浦光实现最佳重叠。如果上转换谐振腔工作在非基模状态，或信号光束与谐振腔场的重叠不理想，信号强度可能轻易降低一到两个数量级。这包括需以毫米级精度放置L3透镜，使信号光束的焦点位于PPLN晶体的中心。在实现最佳重叠且谐振腔功率为80 W的条件下，SFG阶段的量子效率可达6%。结合本实验所用探测器和波长，总探测效率为3%。谐振腔内可达到的最大功率为120 W，但80 W的功率可稳定实现。转换效率与腔内功率成正比，因此只要记录下腔内功率，不同腔内功率下获得的信号仍可进行比较。
该方法灵敏度的主要限制因素是背景散射，它会淹没微弱信号。为了减少这种散射，必须保持光学元件无尘，尤其是透镜 L1。还必须注意调节光束挡板的位置，以使背景噪声最小化。光束挡板应放置在 xy 位移台 上，以便能够在垂直于光束方向的水平和垂直平面内进行可控移动。
此处讨论的扫描是在PPLN晶体保持恒定温度的条件下进行的。转换效率与sinc(ΔkL/2π)2成正比，其中Δk为相位失配量，L为晶体长度。该函数的半高全宽（FWHM）即为PPLN晶体温度恒定时探测器的带宽。该函数的FWHM随晶体温度和波长变化，但对于长度为20 mm的晶体，在中红外区域通常约为5 cm-1。例外情况出现在约4200 nm附近，此处带宽显著增大18。
在图2的装置示意图中未包含扩束光学元件，因为在确定是否需要以及需要何种扩束之前，需考虑若干因素。对于此处描述的装置，脉冲激光束在到达L1时被准直，光束直径约为2 mm。当使用3 µm波长时，在焦点处产生的束腰直径约为400 µm。在实施该技术时，可能需要改变L1的焦距，原因可能是出于实际考虑，需要在L1与焦点之间留出更多空间，或者通过缩短焦距来增大会聚角，从而缩短测量体积。在此情况下，应保持焦点处的束腰直径约为400 µm，并相应调整准直光束的尺寸。然而需要注意的是，在不增加光束间距的情况下增大光束直径，将导致光束挡块边缘的散射增强。空间分辨率由泵浦光束的重叠区域决定。对于此处描述的装置，重叠区域长度为6 mm，因此测量体积为一个长度6 mm、半径0.4 mm的圆柱体。
为了在PPLN晶体中实现准相位匹配，中红外信号和上转换腔的腔内场在PPLN晶体中都必须为异常偏振。上转换腔的构建应确保腔内场的偏振方向自动正确。如果中红外激光的偏振方向尚未匹配，可在中红外激光输出端插入波片以调整偏振方向。
红外双频四波混频（IR-DFWM）需要相对较高的脉冲能量（1–4 mJ），同时激光线宽必须足够窄，以分辨分子谱线（其宽度约为 0.1 cm-1）。满足这些条件的激光器通常重复频率较低，而DFWM的数据采集通常通过扫描激光波长实现，因此限制了测量速度。这意味着该方法最适用于被测对象不随时间变化的测量场景，尽管它也已被用于时间分辨测量17。另一个局限性在于，由于对散射光敏感，测量体积内或附近的颗粒会产生散射事件，完全淹没信号17。上转换过程的相位匹配条件在光谱上较窄，这有助于消除热背景辐射带来的噪声，但也导致在宽波长范围内扫描更加耗时，因为必须调节PPLN的温度以保持信号波长的相位匹配。
未来计划将红外双频四波混频（IR-DFWM）技术用于火焰中氨（NH3）的检测，或在更接近实际应用的环境中继续开展氰化氢（HCN）的相关研究。改进该方法最直接的途径是进一步降低散射光带来的背景干扰。这可以通过在L2透镜收集信号后，对信号光束进行空间滤波来实现。

红外双频四波混频（IR-DFWM）能够以空间分辨率测量红外活性物种的浓度，检测限可达百万分之一（ppm）水平1。IR-DFWM 具有多个优势，使其成为燃烧研究中颇具吸引力的技术。火焰在插入探针后可能发生显著改变，而 IR-DFWM 是一种非侵入性测量方法。该技术具备空间分辨能力，因此可测量火焰结构中不同位置的物种浓度。它产生相干信号，能够与火焰的热辐射有效分离。此外，与其他技术（如激光诱导荧光，LIF）相比，DFWM 对碰撞环境的敏感性较低，而火焰中碰撞环境的准确确定往往较为困难。该技术还可用于检测具有红外活性但缺乏可见或近可见光区跃迁的分子物种，因而无法通过其他方法进行测量。
尽管交叉相位调制（DFWM）具有多种优势，但如果这些优势中的一项或多项并非必需，则可能更适合采用其他替代技术。如果不需要空间分辨率，基于吸收的技术将更为简单且更准确。如果所研究的分子物种在可见光或近红外区域具有跃迁，则可能更倾向于使用激光诱导荧光（LIF），因为LIF能够提供来自一个平面而非仅单个点的空间分辨信息。在适当条件下，非线性方法（如DFWM和PS）也可用于单次拍摄的二维测量2。这些非线性方法的信号强度与探测光束强度的立方成正比，而由于泵浦光束必须扩展以覆盖二维测量区域，因此需要极高的脉冲能量，或结合高三级电极化率、高浓度和低背景噪声才能实现有效测量。因此，这种方法是否可行主要取决于具体的分子种类。
与DFWM存在更直接竞争关系的其他四波混频光谱技术包括：相干反斯托克斯拉曼光谱（CARS）、激光诱导光栅光谱（LIGS）和偏振光谱（PS）。CARS是一种成熟的技术，常用于测量燃烧环境中的温度和主要组分。然而，该技术对微量组分的检测灵敏度较低，通常检测限约为1%2。已有研究表明，PS与DFWM具有相似的灵敏度和检测限3；但当结合上转换探测时，DFWM的信噪比可提高500倍4，而PS仅能提高64倍5。LIGS的优势在于可利用中红外光诱导形成光栅，并通过探测激光对该光栅的折射效应进行测量，且该探测激光的波长可自由选择6。因此，探测激光的波长可位于可见光区域，该区域可使用快速、低噪声的硅基探测器。这一点与采用上转换技术所获得的优势相同。然而，LIGS的缺点是对碰撞效应极为敏感2，这意味着若要利用LIGS进行精确的浓度或温度测量，必须已知主要气体组分的浓度。若能克服这一问题，LIGS在常压下对微量组分的检测灵敏度与DFWM和PS相当3；但随着压力升高，LIGS信号增强，而DFWM和PS信号则在较低压力下更强，因此具体选用哪种技术将取决于实际的压力环境。
上转换探测是一种利用和频产生将长波长信号转换为短波长信号的技术。该技术的优势在于，可见光或近红外区域的探测器比中红外区域的探测器具有更低的噪声和更高的灵敏度。这一技术早在五十年前就已开展研究7，但由于转换效率较低，此后一直鲜有关注和应用。然而，随着周期性极化铌酸锂（PPLN）及其他具有高非线性系数材料的制备技术的进步，以及高功率激光二极管（LDs）的日益普及，过去十年中该技术重新受到广泛关注，其应用涵盖中红外单光子探测8,9,10,11、红外激光雷达12,13、高光谱成像14,15以及显微技术16等领域。将上转换探测与红外四波混频（IR-DFWM）相结合的主要优势在于，相位匹配条件具有较窄的角度和光谱接受带宽，能够有效抑制热背景干扰，从而实现对更弱信号的探测。

<table><tbody><tr><td>脉冲 Nd:YAG 激光器</td><td>Spectra Physics</td><td>Quantarau Pro-290-10</td><td>数量：1（用于泵浦中红外激光器）</td></tr><tr><td>Nd:YAG 激光器，注入锁频系统</td><td>Spectra Physics</td><td>6350</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>近红外染料激光器 - OPA 系统</td><td>Sirah</td><td>OPANIR</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>HeNe 激光器</td><td>Thorlabs</td><td>HNL100LB</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>二向色镜</td><td>LASEROPTIK</td><td>NA</td><td>数量：1，定制：对中红外高反，对 632 nm 透明</td></tr><tr><td>镀保护金膜的反射镜</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-M01</td><td>数量：5&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>BoxCars 谐振腔板</td><td>LASEROPTIK</td><td>NA</td><td>数量：2，定制</td></tr><tr><td>xy 位移台</td><td>Thorlabs</td><td>DTS25/M</td><td>数量：2</td></tr><tr><td>焦距 500 mm 的 CaF₂ 透镜，&amp;Oslash;2''</td><td>Eksmaoptics</td><td>110-5523E</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>焦距 500 mm 的 CaF₂ 透镜，&amp;Oslash;1''</td><td>Thorlabs</td><td>LA5464</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>焦距 100 mm 的 CaF₂ 透镜，&amp;Oslash;1''</td><td>Thorlabs</td><td>LA5817</td><td>数量：1&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>光阑，&amp;Oslash;50 mm</td><td>Thorlabs</td><td>ID50/M</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>ND1 红外滤光片（ZnSe）</td><td>Thorlabs</td><td>NDIR10B</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>ND2 红外滤光片（ZnSe）</td><td>Thorlabs</td><td>NDIR20B</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>ND3 红外滤光片（ZnSe）</td><td>Thorlabs</td><td>NDIR30B</td><td>数量：2</td></tr><tr><td>上转换探测器</td><td>NLIR</td><td>NA（最接近的等效型号：U3055 3.0-5.5&amp;micro;m）</td><td>数量：1，定制&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>可见光/近红外探测卡</td><td>Thorlabs</td><td>VRC2</td><td>数量：1（低强度）</td></tr><tr><td>近红外探测卡</td><td>Thorlabs</td><td>VRC4</td><td>数量：1（高强度）</td></tr><tr><td>中红外探测卡</td><td>Thorlabs</td><td>VRC6S</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>热功率传感器探头</td><td>Thorlabs</td><td>S302C</td><td>数量：1</td></tr><tr><td>功率计主机</td><td>Thorlabs</td><td>PM100D</td><td>数量：1</td></tr></tbody></table>

基于上转换探测的红外简并四波混频定量气体传感

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

我们提出了一种利用红外简并四波混频（IR-DFWM）进行气体光谱分析的实验方案，可用于定量检测浓度在百万分之一（ppm）至百分之一范围内的气体组分。该方法的主要目的是实现对低浓度组分的空间分辨检测，这些组分在可见光或近红外光谱范围内没有可用于检测的跃迁谱线。IR-DFWM是一种非侵入性方法，在燃烧研究中具有显著优势，因为将探针插入火焰中可能会显著改变其状态。本方案将IR-DFWM与上转换探测技术相结合。该探测方案利用和频生成过程，将IR-DFWM信号从中红外区域转移至近红外区域，从而利用硅基探测器优异的噪声特性。该过程还能有效抑制大部分热背景辐射。本文所述实验方案的重点在于正确对准IR-DFWM光学系统，以及如何调节腔内上转换探测系统的光路对准。

图3展示了在N2中不同浓度HCN的信号，每个浓度的信号均为三次扫描的平均值。混合气体通过使用质量流量控制器将300 ppm的HCN/N2与纯N2混合，并加热至843 K制备而成。中心峰为HCN的ν1振动带的P(20)谱线。图3的插图显示了该谱线在各浓度下的信号峰值，以及二阶多项式拟合结果。信号的浓度依赖性可用公式S = ax2 + b描述，其中S为信号，a和b为拟合常数17。在火焰中进行绝对浓度测量时，需在已知温度下进行如上所示的校准实验，以确定常数a。同时，还必须测量火焰中探测区域的温度，因为常数a随温度变化而变化；对此的完整讨论已有发表17。本测量所用的极化周期为21.5 µm，晶体温度为104.5 °C。
图4展示了预混火焰的原始数据。图中显示了在3229.5–3232 cm-1范围内连续进行的五次扫描，每次扫描耗时约65秒。这些光谱覆盖了三组用于温度测量的水分子吸收线。理想情况下，在稳定的系统中，对同一波数范围的每次扫描结果应当完全相同，因为浓度、压力和温度均保持不变。然而此处观察到的谱线强度在各次扫描之间发生显著变化，这是由于激光脉冲模式和能量在不同扫描之间并不稳定所致。除非记录了激光脉冲能量，并可用于筛选出具有足够脉冲能量的有效测量数据，否则此类结果无法使用。本测量所用的极化周期为21.5 µm，晶体温度为123 °C。
在图4中，由于使用了ND2滤光片来减弱信号以避免探测器饱和，因此未观察到背景散射。对于较弱的信号，发现背景散射约为每脉冲5 pJ，这相当于室温下100 ppm HCN的ν1振动带P(20)谱线所产生的信号。
<img alt="中红外光学装置示意图；Nd:YVO4 激光器，PPLN 晶体；光谱上转换研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 1"> 
图 1： 上转换探测器示意图。U1-U7 和 UH 为反射镜，对 1,064 nm 波长具有高反射（HR）镀膜。所有反射镜均为平面镜，仅 U3 具有 200 mm 的曲率半径。U1-U5 设计为对激光二极管波长具有透射性，以确保 LD 光不会到达探测器。U6 对上转换信号（650–1,050 nm）具有透射性。U7 对中红外信号具有透射性。UH 对 1,064 nm 光的反射率为 95%，透射率为 5%。U1 到 U3 的光路长度为 156 mm，U3 到 U7 的光路长度为 202 mm。L4 和 L5 为消色差透镜，焦距分别为 60 mm 和 75 mm。两者均对 650–1,050 nm 波段透明。用作探测器的相机位于 L5 后方 75 mm 处。谐振腔场为垂直偏振。所用 PPLN 晶体的极化周期分别为 21.0 µm、21.5 µm、22.0 µm、22.5 mm 和 23.0 µm，晶体长度为 20 mm。所用可见光与近红外探测器为 IDS Imaging Development Systems 生产的 UI-5240CP-NIR-GL 相机。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本</a>
<img alt="光学装置示意图；脉冲激光器、HeNe激光器、分束器；瞬态吸收光谱。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图2"> 
图2：DFWM装置示意图。 M1 是在脉冲激光波长处具有高反射率（HR）的介质镜。M2 是镀膜介质镜，在脉冲激光波长处具有高反射率，同时对HeNe导向光束具有透射性。M3-M6 为保护型金镜。B.C.1 和 B.C.2 分别为 BOXCARS 平板1和2。L1 是焦距为500 mm、直径为5.1 cm的CaF2透镜。L2 是焦距为500 mm、直径为2.54 cm的CaF2透镜。L3 是焦距为100 mm的CaF2透镜。脉冲激光器为垂直偏振。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="分析不同浓度下强度与波数关系的光谱图；插图显示峰强度关系。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图3"> 
图3：不同浓度的 HCN 在 N2 中的信号。 中心峰为 HCN 的 ν1 振动带的 P(20) 谱线。插图显示了每个浓度下的峰值信号（菱形标记），并进行了二阶多项式拟合。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="强度-时间图；瞬态吸收；光谱结果；强度峰分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 4"> 
图4：在预混火焰中进行的五次连续扫描，每次扫描持续时间约为65秒。 激光扫描范围为3229.5–3232 cm-1。此处观察到的峰信号来自多组H2O跃迁谱线。为避免探测器饱和，信号通过ND1和ND0.6滤光片进行了衰减。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="分束器示意图，显示50/50的光束分束；用于光学、反射与折射研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图5"> 
图5：侧面观察的BOXCARS板。 它是一块透明材料制成的块体。在输入侧，其表面一半涂有抗反射涂层。激光束从此处进入，并到达输出侧，输出侧表面的一半涂覆材料以实现50%的透射率。在板内反射的光随后折射至输入侧高反射涂层区域，并被反射穿过输出侧的上半部分。这样便将一束光分成两束平行的光束。同样的效果也可通过分束器和反射镜实现，但分束器的后表面会产生部分反射，可能增加背景噪声。此外，BOXCARS板无需调节对准即可确保所产生的两束光保持平行。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="腔内功率随电流变化的曲线图；激光性能分析；带误差棒的数据点。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图6"> 
图6：上转换模块的腔内功率随泵浦激光二极管电流的变化关系。 每个数据点代表对谐振腔三次独立准直测量所得功率的平均值，误差棒表示各次独立准直之间的数据离散程度。偏离理想激光行为的现象由激光晶体和PPLN晶体中的热效应引起。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig6large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

本文介绍了一种利用简并四波混频结合上转换探测技术，在中红外区域实现高灵敏度、空间分辨气体光谱分析的实验方案。

我们提出了一种利用红外简并四波混频（IR-DFWM）进行气体光谱分析的实验方案，用于气体组分的定量检测……

本方案的意义在于降低了检测限，使得研究其他方法无法达到的微量物质浓度成为可能。该技术的主要优势在于增加了上转换模块，从而规避了大部分背景噪声。操作用于检测过程中的上转换装置。首先暴露装置中的内部元件。一个激光二极管和晶体产生波长为1064纳米的光束。一系列反射镜将该光束引导通过PPLN晶体并返回。来自外部的中红外光束也穿过该晶体。两束光在PPLN晶体中产生上转换信号，信号离开晶体后进入探测器。该示意图概述了整个装置的结构。与激光二极管配合使用的晶体为掺钕钒酸钇。U1 至 U7 为在 1064 纳米波长处具有高反射率的反射镜。反射镜 U1 至 U5 在激光二极管的波长处具有高透射率。镜片U6在上转换信号的波长范围内具有透射性。镜片U7对中红外信号具有透射性。镜片U3的曲率半径为200 mm。其他镜子是平面镜。使用安装在喜剧支架上的平面镜来建立准直腔。将该镜子置于激光介质前方，作为端面反射镜。将支架的角度在水平和垂直方向上均调至极限位置。接着，将一张红外敏感光束卡放置在镜片U2前方，同时将PPLN晶体从其支架中取出。该装置的布局如本示意图所示。末端反射镜标记为 UH。将激光二极管的输出功率调至其最大值的约三分之一处启动。调整谐振腔，重复以下步骤：改变末端反射镜的角度，在水平方向上增加2度。然后将镜片的垂直角度从一端极端位置扫至另一端。在此过程中，观察红外卡上是否有来自准直腔的光束。在末端镜片的某一水平角度下，当垂直角度扫描时，腔体将开始激射，该现象可在红外卡上观察到。当腔体处于激光状态时，交替调节反射镜的角度以获得更高的输出功率，并逐步降低驱动电流。最终调整至激光束离开反射镜时，用红外卡可清晰观察到光斑为止。此时，移除红外卡，开始调节其后方的反射镜 U2。调节该反射镜，使准直光束从其中心反射至反射镜 U3 的中心。调节反射镜 U3 的角度，使光束沿预定光路保持居中传播，直至反射镜 U7。确保光束以适当的高度穿过 PPLN 晶体支架，并且与晶体表面垂直。接下来，取下锗窗，并在U7后方放置一张红外卡。在此位置，由于有红外光束从谐振腔射出，红外卡将产生荧光。然后调节U7的角度，使其沿准直光束的路径反射。观察红外卡上的透射光束，并调整反射镜角度以使输出达到最大。接下来，将PPLN晶体安装到支架中，使光束穿过其通道之一。检查红外卡上是否仍可见光束。如果可见，则调节U7以最大化输出，然后再继续下一步操作。此时，关闭激光二极管并移除端面反射镜。在上转换装置的输入端安装一个750纳米长波通滤光片。将功率计置于滤光片后方。将激光二极管调至最大功率，调节 U2 和 U7 的角度以最大化输出功率。然后将功率计替换为高功率红外观察卡。使用该卡检查谐振腔是否工作于基模高斯模式。根据需要调整镜片 U7。完成后，取下滤光片并重新安装锗窗。接着进行红外简并四波混频装置的准直。该装置包括一个脉冲激光器、一个氦氖激光器，以及用于将光束引导至组装好的上转换探测器输入端的反射镜和透镜。初始装置设置如本示意图所示。氦氖激光器提供引导光束。使用反射镜 M3 和 M4 将导引光束与透镜 L1 对准。调节反射镜，使光束垂直入射到透镜 L1 的中心。在反射镜 M4 与透镜 L1 之间插入一个箱线仪（boxcars）板，将其置于与水平光束成 45 度垂直角的位置。确保该装置可产生两束输出光束。在第一个盒形光束板之后插入第二个盒形光束板，使其与输出光束呈45度水平角。确保其输出为四束光束。接下来，调节盒车板的角度，使四束输出光束构成一个正方形的四个角。调节透镜 L1，直到各光束在其中心周围等间距分布。现在，在光束路径中放置一个光阑。调节虹膜，以遮挡三束泵浦光，同时允许信号光通过。此示意图表示系统当前的状态。接下来的步骤将涉及透镜 L2 以及反射镜 M5 和 M6。为使光束准直，请根据脉冲激光波长的焦距来调整透镜 L2 的位置。然后调整反射镜 M5 和 M6 的位置，使导引光束对准上转换探测器的输入窗口，并确保光束位于中心。将透镜 L3 置于距 PPLN 晶体中心一个焦距的光学距离处。移除探测器的锗窗，以继续后续操作。执行此操作可使1064纳米光束从上转换模块中射出。接下来，使用反射镜M6将光束从探测器处移动，并引导至信号光束上，使二者在透镜L2处重叠。随后交替使用反射镜M5，将导引光束在L3处调整至与1064纳米光束重合。当1064纳米光束与导引光束沿同一路径传播时停止调节。将锗窗重新安装至上转换模块。然后在探测器前方放置多个中性密度滤光片，以保护其免受脉冲激光的损伤。打开脉冲激光器，并确保其与导向光束重合。现在，将待测的气体流或火焰置于透镜 L1 的焦点处。本测量将涉及氮气稀释的甲烷气流。检查探测器上是否可见信号。根据需要调整中性密度滤光片。如果存在信号，通过调节镜片 M5 和 M6 来最大化其平均强度。随后，使用置于平移台上的挡光块阻断信号光束。然后移除探测器前的中性密度滤光片。最初，可能会有因光散射进入探测器而产生的信号。通过平移台调节光束挡板的位置，以减少这种散射。当光散射信号已尽可能降低后，继续下一步操作。接下来开启气体流动，以便开始测量。然后，使用脉冲激光正确触发上转换探测器，并扫描目标波长范围以采集数据。这些数据为氮气中五种不同浓度的氰化氢所得结果。每个数据点代表在每种浓度下进行三次扫描的平均值。中心峰为氰化氢 NU1 振动带的 P20 谱线。此处的点表示作为浓度函数的测量峰高值。虚线为二次多项式拟合结果。本例中，数据来自预混火焰的五次连续扫描。每次扫描持续约65秒，并覆盖相同的波数范围。扫描之间强度的变化是由于激光脉冲模式和能量不稳定所致。没有哪一个步骤是最重要的，但如果需要使测量结果具有可比性，则每次对准时的高度位置必须相同。通过反复试验来学习调试此装置会浪费大量时间，因此我希望演示该过程，以便人们能够避免其中的陷阱。上转换模块的引入使我们能够检测到小颗粒气化过程中释放出的微量物种氰化氢。本方案涉及四类激光器的使用，以及可能涉及易燃气体的使用，因此必须始终遵循相应的安全措施。

infrared-degenerate-four-wave-mixing-with-upconversion-detection-for

Research

科研

JoVE Journal

Engineering

工程

用于定量气体传感的红外退化四波融合与上转换检测

本文介绍了飞秒四波混频技术，包括光谱分辨和时间分辨的配置。我们通过该技术的非线性特性和高时间分辨率，展示了其在研究III-V族稀磁半导体中关键物理性质方面的应用价值。...

利用飞秒四波混频技术测量GaMnAs中的相干衰减

我们描述了一种利用光学参量振荡器发射的非经典光，通过条件制备方法可靠地生成行波光学场的非高斯态，包括单光子态和相干态叠加态。文中考虑了I型和II型相位匹配的振荡器，并详细说明了常用的操作步骤，例如所需的频率滤波，以及通过零差探测实现的高效率量子态表征。...

利用连续波光学参量振荡器实现光的量子态制备

采用程序升温脱附系统联用带有电子捕获检测器的气相色谱仪，对吸附在填充吸附剂的热脱附管上的TNT和RDX痕量爆炸物蒸气进行分析。该仪器分析方法结合直接液体沉积法，以降低样品变异性，并校正仪器漂移和样品损失。...

程序化升温脱附气相色谱-电子捕获检测器定量检测痕量爆炸物蒸气

傅里叶变换红外（FT-IR）光谱成像是一种快速、无需标记的细胞和组织生化数据获取方法。本文展示了如何获取高分辨率的组织切片FT-IR图像，以提升疾病诊断的准确性。...

高分辨率傅里叶变换红外（FT-IR）光谱成像技术在人体组织切片中的应用以提升病理学诊断水平

我们介绍了使用光泵浦分子激光器产生远红外辐射的方法，并结合外差技术测量其频率。实验系统和方法以二氟甲烷（CH2F2）作为激光介质进行演示，实验结果包括发现三种新的激光发射谱线以及测得的八个激光频率。...

表征远红外激光发射及其频率测量

该论文描述了一种结合了激光极限分辨率和光致发光（PL）光谱技术的声子辅助准共振荧光光谱方法。该方法利用光学声子，在能量域内为类原子半导体结构提供线宽极限分辨率的光谱。此外，该方法仅需使用单台光谱仪的光学光谱装置即可轻松实现。...

高分辨率声子辅助准共振荧光光谱技术

我们提出了一种利用高分辨率库仑爆炸成像装置创建分子转动波包实时电影的实验方案。...

直接成像激光驱动的超快分子转动

本文介绍了一种流动微波反应器，该反应器可用于驱动高效的非平衡化学反应，实现稳定分子（如CO）的转化与活化。2，N2 和 CH4本实验方案的目的是测量 原位 气体温度和气体转化率...

高效高温化学用非平衡微波等离子体

利用与荧光收集模式正交的激发模式，可实现对单个自组装量子点的共振激发。我们展示了一种利用围绕量子点的平面微腔的波导模式和法布里-珀罗模式的方法。该方法在探测偏振方向上具有完全的自由度。...

使用正交激发与探测的平面腔中 InGaAs 量子点的共振荧光

本文介绍了利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）研究多晶固体表面性质的方法。讨论了样品压片的制备、活化步骤、探针分子表征以及二氧化碳（CO2）吸附的模型研究。...

原位 FTIR 光谱作为研究气/固相互作用的工具：UiO-66 金属-有机框架中水增强的 CO2 吸附

本文描述了飞秒时间分辨近红外受激拉曼光谱仪的信号产生与优化、测量、数据采集及数据处理的详细步骤。以甲苯溶液中β-胡萝卜素激发态动力学的近红外受激拉曼研究作为典型应用实例进行展示。...

超快时间分辨近红外激发拉曼测量功能π-共轭体系

学习红外退化四波融合与上转换检测技术，用于定量气体传感分析。该方法结合PPLN晶体与激光二极管，显著降低检测限，实现对低浓度微量气体物种的高灵敏度空间分辨光谱测量。

基于上转换探测的红外简并四波混频定量气体传感

探索更多视频