Mélange à quatre ondes dégénéré infrarouge avec conversion ascendante détection pour la détection de gaz Quantitative

L’importance de notre protocole est qu’il abaisse la limite de détection, ce qui permet d’étudier les concentrations d’espèces mineures que d’autres méthodes ne peuvent atteindre. Le principal avantage de cette technique est l’ajout du module d’upconversion qui contourne une grande partie du bruit de fond. Travaillez avec la configuration de upconversion utilisée dans le processus de détection.

Commencez par exposer les éléments internes de la mise en place. Une diode laser et un cristal produisent un faisceau de 1064 nanomètres. Une série de miroirs dirigent ce faisceau à travers un cristal PPLN, et le dos.

Un faisceau infrarouge moyen de l’extérieur passe également par le cristal. Les deux faisceaux produisent un signal converti qui sort du cristal PPLN et se rend à un détecteur. Ce schéma donne un aperçu de la configuration.

Le cristal utilisé avec la diode laser est néodiamonde ytterbium orthovanadate. Les symboles U1 à U7 sont des miroirs qui sont fortement reflétés à 1064 nanomètres. Miroirs U1 à U5 sont très transmissifs à la longueur d’onde de la diode laser.

Miroir U6 est transmissif dans la gamme du signal upconverted. Le miroir U7 est transmissif pour le signal infrarouge moyen. Le miroir U3 a un rayon de courbure de 200 mm.

Les autres miroirs sont plats. Utilisez un miroir plat sur une monture comique pour établir une cavité d’alignement. Placez le miroir devant le milieu laser pour servir de miroir d’extrémité.

Tournez l’angle de la monture à des positions extrêmes dans les directions horizontales et verticales. Ensuite, placez une carte de faisceau sensible infrarouge devant le miroir U2. Retirez également le cristal PPLN de sa monture. L’arrangement est représenté dans ce schéma.

Le miroir d’extrémité est noté par UH. Démarrez la diode laser à environ un tiers de sa puissance maximale. Alignez la cavité, répétez les étapes suivantes. Changer l’angle du miroir d’extrémité, positif 2 degrés dans la direction horizontale.

Puis balayer l’angle vertical du miroir d’un extrême à l’autre. Comme vous le faites, regarder la carte infrarouge pour un faisceau de la cavité d’alignement. À un certain angle horizontal du miroir d’extrémité, lors d’un balayage de l’angle vertical, la cavité va commencer à paresser, qui peut être vu sur la carte infrarouge.

Lorsque la cavité est paresseux, alternez entre ajuster l’angle du miroir pour atteindre une puissance plus élevée, et réduire le courant d’entraînement. En fin de compte, avoir la puissance de sorte que le faisceau laissant le miroir est facilement visible avec la carte IR. Maintenant, retirez la carte infrarouge et commencez à ajuster le miroir qui était derrière elle, U2. Ajustez le miroir de sorte que le faisceau d’alignement est réfléchi de son centre au centre du miroir U3. Ajustez l’angle du miroir U3 afin que le faisceau continue centré le long du chemin désiré pour refléter U7. Assurez-vous que le faisceau traverse la monture PPLN à la hauteur appropriée et qu’il sera perpendiculaire à la surface du cristal.

Ensuite, retirez la fenêtre germanium et placez une carte infrarouge derrière U7. Dans cette position, la carte IR sera fluorée en raison d’un faisceau IR sortant de la cavité. Maintenant, ajustez l’angle de U7 pour réfléchir le long du chemin du faisceau d’alignement. Surveillez la carte infrarouge pour le faisceau transmis, et réglez l’angle du miroir pour maximiser la sortie.

Continuer en montant le cristal PPLN dans la monture de sorte que le faisceau passe par l’un de ses canaux. Vérifiez que le faisceau est toujours visible sur la carte IR. Si c’est le cas, ajustez U7 pour maximiser la sortie avant de procéder.

À ce stade, éteignez la diode laser et retirez le miroir d’extrémité. Fixez un filtre de passage de 750 nanomètres de long à l’entrée de la configuration upconversion. Placez un compteur de puissance derrière le filtre.

Avec la diode laser à pleine puissance, ajustez l’angle de U2 et U7 pour maximiser la puissance. Remplacez ensuite le compteur d’énergie par une carte infrarouge de grande puissance. Avec la carte, vérifiez que la cavité est en cours d’exécution en mode galicien fondamental.

Ajustez le miroir U7 au besoin. Une fois terminé, retirez le filtre et rattachez la fenêtre germanium. Passez à aligner la configuration de mélange infrarouge dégénéré à quatre ondes.

La mise en place comprend un laser à impulsions, un laser au néon hélium, ainsi que des miroirs et des lentilles, pour diriger les faisceaux vers l’entrée du détecteur d’upconversion assemblé. La configuration initiale est représentée dans ce schéma. Le laser au néon hélium fournit un faisceau de guideur.

Utilisez les miroirs M3 et M4 pour aligner le faisceau de guideur avec l’objectif L1. Ajustez les miroirs de sorte que le faisceau frappe l’objectif L1 en son centre. Insérez une plaque boxcars entre le miroir M4 et l’objectif L1. Placez-le à un angle vertical de 45 degrés par rapport au faisceau horizontal. Assurez-vous que l’arrangement produit deux faisceaux de sortie.

Insérez une deuxième plaque de wagons après la première. Avoir à un angle horizontal de 45 degrés à partir des faisceaux de sortie. Assurez-vous que sa sortie a quatre faisceaux.

Ensuite, ajustez les angles des plaques de wagons aux quatre faisceaux de sortie forment les coins d’un carré. Ajustez la lentille L1 jusqu’à ce que les poutres soient également espacées autour de son centre. Maintenant, placez un iris sur le chemin des poutres.

Disposer l’iris pour bloquer trois faisceaux de pompe et permettre au faisceau de signal de passer à travers. Ce schéma représente l’état du système à ce stade. Les prochaines étapes impliqueront l’objectif L2, et les miroirs M5 et M6. Pour collimate le faisceau, aligner l’objectif L2 en utilisant la longueur focale de la longueur d’onde du laser à impulsions.

Ensuite, position miroirs M5 et M6 de sorte que le faisceau de guideur est dirigé vers la fenêtre d’entrée du détecteur de upconversion où le faisceau doit être centré. Placez l’objectif L3 à une distance optique d’une longueur focale du centre du cristal PPLN. Retirez la fenêtre germanium du détecteur pour continuer.

Cela permet au faisceau de 1064 nanomètres de sortir du module de upconversion. Ensuite, commencez à utiliser le miroir M6 pour déplacer le faisceau du détecteur, et l’amener sur le faisceau de signal afin qu’ils se chevauchent à l’objectif L2. Alternez cela avec l’utilisation du miroir M5 pour déplacer le faisceau de guideur sur le faisceau de 1064 nanomètres à L3. Arrêtez-vous lorsque le faisceau de 1064 nanomètres, et le faisceau de guidant, suivent le même chemin. Rattachez la fenêtre germanium au module d’upconversion.

Placez ensuite plusieurs filtres de densité neutre devant le détecteur pour le protéger du laser à impulsions. Allumez le laser à impulsions et assurez-vous qu’il chevauche le faisceau de guideur. Maintenant, placez le flux de gaz ou la flamme à mesurer au point focal de la lentille L1. Cette mesure impliquera le flux de méthane dilué dans l’azote.

Vérifiez que le signal est visible sur le détecteur. Ajustez les filtres de densité neutre au besoin. S’il y a un signal, maximisez son intensité moyenne en ajustant les miroirs M5 et M6. Continuer en bloquant le faisceau de signal avec un bloc de faisceau sur une étape de traduction.

Retirez ensuite les filtres de densité neutre qui sont avant le détecteur. Initialement, il peut y avoir un signal dû à la lumière dispersée dans le détecteur. Avec l’étape de traduction ajuster la position du bloc de faisceau pour réduire cette diffusion.

Procédez lorsque le signal dû à la diffusion de la lumière a été réduit autant que possible. L’étape suivante consiste à activer le flux de gaz afin que les mesures puissent commencer. Ensuite, recueillir des données en déclenchant correctement le détecteur de upconversion avec le laser à impulsions et en scannant la plage de longueur d’onde d’intérêt.

Ces données sont pour cinq concentrations différentes de cyanure d’hydrogène dans le gaz azoté. Chaque point représente la moyenne de trois scans à chaque concentration. Le pic central est la ligne P20 de la bande vibratoire NU1 de cyanure d’hydrogène.

Ici, les points sont les valeurs de pointe mesurées en fonction de la concentration. La ligne de tiret est un ajustement au deuxième degré polynomial. Est-ce le cas, les données montrent cinq scans consécutifs à partir d’une flamme pré-mixte.

Chaque analyse s’étend sur environ 65 secondes et couvre la même plage de nombre d’ondes. Le changement d’intensité de l’analyse à l’analyse est dû au fait que le mode d’impulsion laser et l’énergie ne sont pas stables. Aucune étape n’est la plus importante, mais si les mesures doivent être comparables, l’alignement doit avoir la même position de hauteur à chaque fois.

Apprendre à aligner cette mise en place par tâtonnements perdrait beaucoup de temps, c’est pourquoi je voulais démontrer le processus afin que les gens puissent éviter les pièges. L’introduction du module d’upconversion nous a permis de détecter la libération du cyanure d’hydrogène des espèces mineures provenant de la gazéification de petites granulés. Ce protocole comprend l’utilisation de lasers de classe quatre, et potentiellement l’utilisation de gaz inflammables, et les mesures de sécurité appropriées doivent toujours être suivies.