אינפרא-אדום מנוונת ארבעה גלים ערבוב עם זיהוי Upconversion עבור גז כמותיים חישה

המשמעות של הפרוטוקול שלנו היא שהוא מוריד את מגבלת הגילוי, מה שמאפשר לחקור את הריכוזים של מינים קטנים ששיטות אחרות לא יכולות להגיע אליהם. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא התוספת של מודול upconversion אשר עוקף הרבה רעשי הרקע. עבוד עם הכיוונון עבור upconversion המשמש בתהליך הזיהוי.

התחל בחשיפת הרכיבים הפנימיים בהגדרה. דיודת לייזר וקריסטל מייצרים קרן ננומטר 1064. סדרה של מראות לכוון את הקרן דרך גביש PPLN, ובחזרה.

קרן אמצע אינפרא אדום מבחוץ עוברת גם היא דרך הקריסטל. שתי הקורות מייצרות אות הפוך היוצא מקריסטל ה-PPLN והולך לגלאי. סכמטי זה מספק מבט כולל על הכיוונון.

הקריסטל המשמש עם דיודת הלייזר הוא אורתובנדאט ניאודימונד איטרביום. הסמלים U1 עד U7 הם מראות המשתקפות מאוד ב 1064 ננומטר. מראות U1 עד U5 הן טרנסמיסיביות מאוד באורך הגל של דיודת הלייזר.

מראה U6 הוא טרנסמיסיבי בטווח של האות המומר. מראה U7 הוא טרנסמיסיבי לאות אמצע אינפרא אדום. המראה U3 יש רדיוס 200 מ"מ של עקמומיות.

המראות האחרות שטוחות. השתמש במראה שטוחה על הר קומי כדי ליצור חלל יישור. מניחים את המראה מול מדיום הלייזר כדי לשמש כמראה הסופית.

סובבו את זווית ההר למיקומים קיצוניים הן בכיוונים האופקיים והן בכיוונים האנכיים. לאחר מכן, מקם כרטיס קרן רגיש אינפרא אדום מול המראה U2. גם להסיר את גביש PPLN מההר שלו. הסידור מתואר בשרטוט זה.

המראה הסופית מסומן על ידי UH. התחל את דיודת הלייזר בערך שליש מהתפוקה המרבית שלה. ישר את החלל, חזור על השלבים הבאים. שנה את הזווית של מראה הקצה, חיובי 2 מעלות בכיוון האופקי.

לאחר מכן לטאטא את הזווית האנכית של המראה מקיצוני אחד לשני. בזמן שאתה עושה זאת, צפה בכרטיס האינפרא-אדום לקבלת קרן חלל היישור. בזווית אופקית מסוימת של המראה הסופית, במהלך סריקה של הזווית האנכית, החלל יתחיל להתיז, אשר ניתן לראות על כרטיס אינפרא אדום.

כאשר החלל מתנוון, לסירוגין בין התאמת זווית המראה כדי להשיג כוח גבוה יותר, והפחתת זרם הכונן. בסופו של דבר, יש את הכוח כך הקרן עוזבת את המראה גלוי בקלות עם כרטיס IR. עכשיו, להסיר את כרטיס אינפרא אדום ולהתחיל להתאים את המראה שעמדה מאחוריו, U2. כוונן את המראה כך שקרן היישור תשתקף ממרכזה למרכז המראה U3. התאימו את זווית המראה U3 כך שהקרן תמשיך למרכז לאורך הנתיב הרצוי כדי לשקף את U7. ודא שהקרן עוברת דרך הר PPLN בגובה המתאים, ו שהיא תהיה מאונך לפני השטח של הגביש.

לאחר מכן, הסר את חלון germanium והצב כרטיס אינפרא אדום מאחורי U7. במצב זה, כרטיס IR יהיה פלואורסצנטי עקב קרן IR עוזב את החלל. עכשיו להתאים את הזווית של U7 כדי לשקף לאורך הנתיב של קרן היישור. נטר את כרטיס האינפרא-אדום עבור הקרן המשודרת והגדר את זווית המראה כדי למקסם את הפלט.

המשך על ידי הרכבה של גביש PPLN בהר כך הקרן עוברת דרך אחד הערוצים שלה. ודא שהקרן עדיין גלויה בכרטיס האי-פי.איי. אם כן, התאם את U7 כדי למקסם את הפלט לפני שתמשיך.

בשלב זה, לכבות את דיודת הלייזר ולהסיר את המראה הסופית. צרף מסנן מעבר באורך 750 ננומטר בקלט למערך ההעלמה. מקם מד כוח מאחורי המסנן.

עם דיודה לייזר במלוא העוצמה, להתאים את הזווית של U2 ו U7 כדי למקסם את הכוח. לאחר מכן החלף את מד הכוח בכרטיס אינפרא-אדום בעל עוצמה גבוהה. עם הכרטיס, בדוק כי החלל פועל במצב גליציאנית בסיסית.

התאם את מראה U7 לפי הצורך. כאשר נעשה, להסיר את המסנן לחבר מחדש את החלון germanium. עבור כדי ליישר את כיוונון ערבוב ארבעת הגלים המנוון של אינפרא-אדום.

ההתכונה כוללת לייזר דופק, לייזר ניאון הליום, כמו גם מראות, עדשות, כדי לכוון את הקורות לקלט של גלאי upconversion התאספו. הכיוונון הראשוני מיוצג בסכמטי זה. לייזר ניאון הליום מספק קרן מדריך.

השתמשו במראות M3 ו-M4 כדי ליישר את קרן ההנחיה עם העדשה L1. כוונן את המראות כך שהקרן תפגע בעדשה L1 במרכזה. הכנס לוחית רישוי בין המראה M4 לעדשה L1. מניחים אותו בזווית אנכית של 45 מעלות מהקרן האופקית. ודא שהסידור מייצר שתי קורות פלט.

הכנס לוחית שניה לאחר הראשונה. יש את זה בזווית אופקית 45 מעלות מקורות הפלט. ודא שלפלט שלו יש ארבע קורות.

לאחר מכן, התאימו את זוויות לוחות הקופסה לארבע קורות הפלט יוצרות את פינות הריבוע. כוונן את העדשה L1 עד שהקורות יתרחבו באותה מידה סביב מרכזה. עכשיו, מניחים קשתית בנתיב של הקורות.

מסדרים את הקשתית כדי לחסום שלוש קורות משאבה ולאפשר קרן האות לעבור. סכמטי זה מייצג את מצב המערכת בשלב זה. השלבים הבאים יכללו את העדשה L2, ואת המראות M5 ו- M6. כדי לאסוף את הקרן, ליישר את העדשה L2 באמצעות אורך המוקד של אורך הגל של לייזר הדופק.

לאחר מכן המיקום משקף M5 ו- M6 כך שקרן המדריך מופנית לחלון הקלט של גלאי ההסתמה שבו הקרן צריכה להיות מרוכזת. מניחים את העדשה L3 במרחק אופטי של אורך מוקד אחד ממרכז גביש PPLN. הסר את חלון הגרמניום של הגלאי כדי להמשיך.

פעולה זו מאפשרת לקרן 1064 ננומטר לצאת מודול upconversion. לאחר מכן, להתחיל להשתמש במראה M6 כדי להזיז את הקרן מהגלאי, ולהביא אותו אל קרן האות כך שהם חופפים בעדשה L2. החלף זאת באמצעות מראה M5 כדי להזיז את קרן המדריך אל קרן 1064 ננומטר ב L3. עצור כאשר קרן 1064 ננומטר, ואת קרן המדריך, בצע את אותו הנתיב. חבר מחדש את חלון הגרמניום למודול ההתנגדות.

לאחר מכן מקם מספר מסנני צפיפות ניטרלית מול הגלאי כדי להגן עליו מפני לייזר הדופק. הפעל את לייזר הדופק, ולהבטיח שהוא חופף עם קרן המדריך. עכשיו, למקם את זרימת הגז או להבה להימדד בנקודת המוקד של עדשה L1. מדידה זו תהיה כרוכה בזרימת מתאן מדולל בחנקן.

תבדקו שהאות נראה בגלאי. התאימו את מסנני הצפיפות הניטרלית לפי הצורך. אם יש אות, למקסם את עוצמתו הממוצעת על ידי התאמת מראות M5 ו M6. המשך על ידי חסימת קרן האות עם בלוק קרן על שלב תרגום.

לאחר מכן הסר את מסנני הצפיפות הניטרלית שלפני הגלאי. בתחילה, ייתכן שיש אות עקב אור מפוזר לתוך הגלאי. עם שלב התרגום להתאים את המיקום של בלוק הקרן כדי להפחית פיזור זה.

המשך כאשר האות עקב פיזור אור הופחת ככל האפשר. השלב הבא הוא להפעיל את זרימת הגז כדי שהמידות יוכלו להתחיל. לאחר מכן, לאסוף נתונים על ידי הפעלת כראוי גלאי upconversion עם לייזר הדופק וסריקת טווח אורך הגל של עניין.

נתונים אלה הם עבור חמישה ריכוזים שונים של מימן ציאניד בגז חנקן. כל נקודה מייצגת את הממוצע של שלוש סריקות בכל ריכוז. הפסגה המרכזית היא קו ה-P20 של רצועת הרטט NU1 של מימן ציאניד.

כאן הנקודות הן ערכי השיא הנמדדים כפונקציה של הריכוז. קו המקף מתאים לפולינום מדרגה שנייה. האם מקרה זה, הנתונים מראים חמש סריקות רצופות מהלהבה מעורבת מראש.

כל סריקה משתרעת על פני כ-65 שניות, ומכסה את אותו טווח של מספר גל. השינוי בעוצמה מסריקה לסריקה הוא כי מצב הדופק בלייזר ואנרגיה אינם יציבים. אף שלב בודד אינו החשוב ביותר, אך אם המדידות צריכות להיות דומות, היישור חייב להיות באותו מיקום גובה בכל פעם.

ללמוד ליישר את זה להגדיר על ידי ניסוי וטעייה יבזבז הרבה זמן ולכן רציתי להדגים את התהליך כדי שאנשים יוכלו למנוע מלכודות. כניסתו של מודול upconversion אפשרה לנו לזהות את שחרורו של מינים קטנים מימן ציאניד מן הגז של כדורי קטן. פרוטוקול זה כולל שימוש בלייזרים מדרגה 4, וייתכן שיש להשתמש בגזים דליקים, ויש לפעול תמיד באמצעי הבטיחות המתאימים.