Name: A raggi infrarossi degenerato quattro-onda miscelazione con rilevamento di Upconversion per sensoristica quantitativa (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-22T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 42 s
Description: Scopri la spettroscopia gassosa a infrarossi con mixing a quattro onde degenerato e rilevamento upconversion. Questo metodo riduce il rumore di fondo e migliora i limiti di rilevamento per specie minori.

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Il finanziamento ricevuto dagli autori nell'ambito di Orizzonte 2020 dall'Unione europea è molto apprezzato. Questo lavoro è stato condotto come parte della rete di formazione innovativo Mid-TECH Marie Curie [H2020-MSCA-ITN-2014-642661].

L'installazione del rivelatore upconversion è mostrato in Figura 1; specchi, lenti o altre ottiche a cui fa riferimento il protocollo sono identificati qui o nel diagramma dell'installazione IR-DFWM illustrato nella Figura 2. La sezione di protocollo si occupa principalmente la configurazione ottica utilizzata per questo metodo di allineamento, e il processo può essere sospeso in qualunque momento disattivando tutte le apparecchiature in esecuzione. Tutti gli specchi sono regolati manualmente. Il software utilizzato qui per controllare la fotocamera e LD è stato consegnato insieme con il rivelatore di upconversion. L'uso del software è descritto alla fine del protocollo.
1. Upconversion
<ol><li>Posizionare lo specchio fine della cavità di allineamento, UH, come indicato nella Figura 1.</li>
	<li>Rimuovere il cristallo PPLN dal Monte Cristallo.</li>
	<li>Inserire una scheda di IR-sensibili (sensibile a 1.064 nm) in posizione A, Vedi Figura 1.</li>
	<li>Girare l'angolo della cinematica montare holding UH per la posizione estrema in direzione orizzontale e verticale. Quindi, accendere il LD a circa 1/3 della potenza massima.</li>
	<li>Allineare la cavità di allineamento come indicato di seguito.<ol>
<li>Modificare l'angolo di UH +0,2 ° in direzione orizzontale.</li>
		<li>Spazzare l'angolo verticale di UH da un estremo a altro, mentre si guarda la scheda IR per una trave dalla cavità di allineamento.</li>
		<li>Ripetere i passaggi 1.5.1 e 1.5.2 la cavità inizia lasing.</li>
		<li>Quando la cavità di allineamento è lasing, passare dalla regolazione dell'angolo di UH per una maggiore potenza riducendo la corrente di comando LD. La LD è dimensionata per guidare la cavità piena, che ha molto più alte perdite rispetto alla cavità di allineamento. Mantenere la potenza dove il fascio lasciando UH è facilmente visibile con la scheda IR ma non di più.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Rimuovere la scheda IR.</li>
	<li>Regolare l'angolo di U2, così il fascio di allineamento si riflette nel centro di U3 (Figura 1). Nota: Il fascio dalla cavità allineamento dovrebbe colpire U2 nel centro.</li>
	<li>Regolare l'angolo di U3 così il raggio continua a U4, U5 e U6 e viene riflessa dalla U6 alla U7.</li>
	<li>Il fascio deve passare attraverso il Monte PPLN all'altezza della metà dei canali del cristallo PPLN, e deve entrare il cristallo perpendicolare alla superficie. Utilizzare U2 per correggere l'altezza e l'angolo, mentre la regolazione U3 per mantenere il fascio livello e centrato attraverso i fori x e y.</li>
	<li>Rimuovere la finestra in germanio e inserire la scheda IR dietro U7, in modo che un fascio IR lasciando la cavità colpirà la carta, e la fluorescenza sarà visibile alla persona allineando la cavità. Nota: Il fascio di allineamento ora passerà attraverso il PPLN montare e colpire U7.</li>
	<li>Regolare l'angolo di U7, affinché la riflessione da U7 passa indietro lungo il percorso del fascio di allineamento. Durante la regolazione dell'angolo di U7, guardare per un fascio sulla scheda IR. Quando si vede un fascio, regolare l'angolo di U7 per massimizzare l'output.</li>
	<li>Montare il PPLN sul Monte. Assicurarsi che il supporto è posizionato in modo che il fascio passa attraverso uno dei canali nel cristallo.</li>
	<li>Continuare con il sottopassaggio (passo 1.13.1, 1.13.2 o 1.13.3) corrispondenti alla situazione attuale.<ol>
<li>Se un fascio IR è ancora visibile uscendo U7, regolare U7 per massimizzare l'output e continuare con il passaggio successivo.</li>
		<li>Se il raggio IR uscita U7 non è più visibile, aumentare il LD corrente a 1/3 della potenza massima e controllare se il raggio IR può essere visto. Se un raggio è visibile, andare al passaggio 1.13.1; in caso contrario, andare al passaggio 1.13.3.</li>
		<li>Ridurre il LD corrente al livello precedente e traccia il fascio guida per vedere se passa attraverso il PPLN al centro di uno dei canali. Se così non fosse, ripetere dal passo 1.7, ma con il PPLN sul Monte.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Spegnere il LD, rimuovere UH e collegare il filtro LP750 alla posizione B (Vedi Figura 1).</li>
	<li>Posizionare il misuratore di potenza dietro U7, ma lasciare spazio per il controllo del fascio con una scheda di IR. Quindi, accendere il LD a piena potenza.</li>
	<li>Se nessun segnale è visto sul misuratore, è possibile apportare modifiche di angolo piccolo al U7, mentre si guarda per un segnale il misuratore di potenza. Se viene rilevato un segnale, continuare con il passaggio successivo; in caso contrario, tornare al punto 1.1.</li>
	<li>Ottimizzare l'allineamento di cavità regolando gli angoli di U2 e U7 per massimizzare la potenza, mentre usando una carta di IR ad alta potenza per controllare che la cavità è in esecuzione in modalità gaussiana fondamentali. Nota: Mentre potrebbe essere possibile ottenere maggiore potenza in una modalità di ordine superiore, è essenziale per l'efficienza di conversione che il laser è in esecuzione in modo fondamentale.</li>
	<li>Se la cavità non è in esecuzione in modo fondamentale, esso verrà eseguito in una modalità di ordine superiore dove sono visibili sulla scheda IR più lobi. Girare U7 in modo che i lobi sono riuniti più vicino sulla scheda IR, fino a confondersi.</li>
	<li>Registrare l'uscita di potenza a U7. Utilizzare questo e la trasmissione della U7 per calcolare il campo intracavitaria. Confrontare questo valore con la curva di taratura nella Figura 6.</li>
	<li>Quando la cavità è stata ottimizzata, rimuovere il filtro LP750 e ricollegare la finestra in germanio.</li>
</ol>2. IR-DFWM allineamento
Nota: Vedere la Figura 2 per un diagramma dell'installazione DFWM.
<ol><li>Allineare il fascio laser HeNe (il fascio di guida) con M3 e M4 per colpire L1 nel centro, andando in senso orizzontale da M4 a L1.</li>
	<li>Inserire la piastra BOXCARS 1 verso il fascio (direzione verticale) con un'angolazione di 45° e garantire che il fascio passa attraverso, producendo due travi di uscita.</li>
	<li>Inserire la piastra di BOXCARS 2 verso le travi (direzione orizzontale) con un'angolazione di 45° e garantire che il fascio passa attraverso, producendo quattro travi di uscita. Regolare gli angoli delle piastre in modo che le travi sono distanziate come gli angoli di un quadrato.</li>
	<li>Regolare la posizione della L1 fino a quando le travi sono equidistanti intorno al centro della lente.</li>
	<li>Lasciare il fascio di segnale, che verrà generato lungo il percorso del fascio bloccato dal blocco di fascio, sbloccato per ora, quindi può essere utilizzato per allineare il resto dell'installazione. Posto l'iride pertanto blocca la pompa tre travi ma permette il quarto fascio, il fascio di segnale, di passare attraverso.</li>
	<li>Allineare L2 in modo che il fascio di segnale è collimato. Questo deve essere fatto utilizzando le focali alla lunghezza d'onda del laser pulsato e non mediante ispezione visiva, come le lunghezze focali sarà diverse per la lunghezza d'onda del fascio guida e metà-IR.</li>
	<li>Posizionare la M5 e M6 affinché il fascio di guida è centrato sulla finestra di input del rilevatore di upconversion e perpendicolare alla finestra di input.</li>
	<li>Posto L3 una lunghezza focale ottici di distanza dal centro della PPLN. Prendere in considerazione la rifrazione della finestra in germanio, lo specchio di cavità e la PPLN stesso.</li>
	<li>Impostare il modulo di upconversion e accenderlo (vedere capitolo 1).</li>
	<li>Rimuovere la finestra in germanio del rivelatore upconversion. Questo permetterà un fascio 1064 uscire dal modulo di upconversion.</li>
	<li>Sovrapporre il fascio laser HeNe e il fascio 1064 del rivelatore di upconversion utilizzando M6 per spostare il fascio 1064 sul raggio segnale in modo che si sovrappongano a L2 e utilizzando M5 per spostare il fascio di guida sul fascio 1064 a L3. Si alternano tra i due specchi fino a quando il fascio di guida e il 1064 seguire lo stesso percorso.</li>
	<li>Ricollegare la finestra in germanio.</li>
	<li>Posto diversi filtri ND nel percorso ottico, fronte al rilevatore di upconversion. Prestare molta attenzione a non lasciare mai che un fascio di luce mischiata dal laser pulsato nel rivelatore upconversion, dato l'alta energia probabilmente danneggerà il rivelatore.</li>
	<li>Accendere il laser pulsato e assicurarsi che sia in esecuzione stabile e a un'adeguata energia per impulso.</li>
	<li>Sovrapporre il laser pulsato e il fascio di guida come segue.<ol>
<li>Regolare l'angolo di M1 fino a quando il laser pulsato si sovrappone il fascio di guida presso il combinatore di fascio (M2).</li>
		<li>Regolare l'angolo del M2 in modo che il laser pulsato è riflessa nella direzione di propagazione del fascio guida.</li>
		<li>Verifica che le travi sono sovrapposte il combinatore di raggio ed a distanze di 1 m, 2 m e 3 m.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Trovare il punto focale delle travi dopo L1. Posizionare il flusso del gas o la fiamma deve essere misurata in modo che il punto di misura è il punto focale delle travi.</li>
	<li>Collegare il segnale di trigger dal laser pulsata al rivelatore upconversion a porta il rilevamento del tempo. Se il tempo di ritardo e cancello di tempo non è noti, iniziare con una lunga durata del cancello tempo e restringere il campo quando viene trovato il segnale.</li>
	<li>Cercare il setup, soprattutto le piastre BOXCARS, per riflessi errante e verificare che sono bloccati.</li>
	<li>Ottimizzare l'allineamento del fascio segnale del rilevatore di upconversion come segue.<ol>
<li>Se un segnale è visibile sul rivelatore, regolare M5 e M6 per massimizzare il segnale.</li>
		<li>Se non c'è alcun segnale visibile sul rivelatore, ridurre il ND di filtraggio di un ordine di grandezza. Ripetere fino a quando un segnale è visibile.</li>
		<li>Se il segnale del rivelatore è saturo, aumentare il ND di filtraggio di un ordine di grandezza. Ripetere fino a quando il segnale non è saturo.</li>
		<li>Passare attraverso passaggi 2.19.1-2.19.3 fino a quando il segnale non può essere aumentato mediante regolazione M5 e M6.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Posizionare il blocco di fascio in modo che blocca il raggio del segnale, come indicato nella Figura 2. Quindi, rimuovere i filtri ND.</li>
	<li>Regolare la posizione del blocco di larghezza per ridurre qualsiasi dispersione (rumore di fondo) visto sul rivelatore. Fate molta attenzione non per sbloccare il fascio accidentalmente ed esporre il rilevatore per dirigere la luce del laser pulsato.</li>
	<li>Preparare il flusso del gas o la fiamma deve essere misurata. Quindi, scansione laser pulsato su tutta la gamma di lunghezza d'onda di interesse, mentre si registra il segnale dal rilevatore. Questo genererà un spettro la composizione del gas in sovrapposizione dei fasci di corrispondenza.</li>
</ol>3. laser a diodi Software
<ol><li>Eseguire il programma LabVIEW AuroraOne control.vi.</li>
	<li>Fare clic sul pulsante attiva Laser TEC in posizione on e fare clic sul pulsante RW/TW sicurezza fuori.</li>
	<li>Impostare il laser corrente inserendo il valore desiderato in microwatt nel campo TA set-point . Digitando un nuovo valore, mentre il laser è in esecuzione regola la corrente.</li>
	<li>Fare clic sul pulsante TA attivare la posizione on per accendere il diodo laser corrente su.</li>
	<li>Disattivare il diodo laser cliccando la TA attivare e il Laser TEC consentono alle posizioni fuori .</li>
</ol>4. ID sviluppo sistemi di Imaging
<ol><li>Eseguire il programma LabVIEW UpconversionControl.vi.</li>
	<li>Nella scheda Impostazioni, impostare la velocità dell'otturatore a 8 µs digitando il valore nel campo Tempo di esposizione (secs).</li>
	<li>Nella scheda Impostazioni, impostare il tipo di otturatore a Global nel campo denominato ID dell'otturatore.</li>
	<li>Sotto la scheda DBG, impostare il tipo di trigger per Lo_Hi nel campo ID attiva .</li>
	<li>Sotto la scheda DBG2, impostare il ritardo di attivazione nel campo denominato ID Trigger Delay (µs). Questo dipenderà il ritardo tra l'impulso di trigger e l'impulso del laser del laser.</li>
	<li>Nella scheda Impostazioni, impostare off insieme x off set Sì per 480 pixel e la larghezza e altezza su 96 pixel.</li>
	<li>Nella scheda Impostazioni, impostare il frame rate a 0 nel campo Framerate ; Questo imposta la fotocamera per scattare un fotogramma al segnale trigger.</li>
	<li>Accendere la fotocamera premendo il pulsante Avvia acquisizione .</li>
	<li>Quando un segnale sta entrando il rilevatore di upconversion, il segnale sarà visibile come un punto luminoso al centro dell'immagine sulla destra nel programma LabVIEW. Utilizzare la funzione Rect sulla barra a sinistra accanto all'immagine per disegnare un rettangolo di 6x6 pixel intorno il segnale.</li>
	<li>Mostra l'intensità media da pixel selezionati in funzione del tempo sotto la scheda cronologia . Se necessario, il grafico può essere cancellato cliccandolo destro e selezionando Cancella.</li>
	<li>Premere il tasto di Acquisizione Stop per fermare l'acquisizione di nuove immagini dalla fotocamera.</li>
	<li>Esportare i dati facendo clic con la trama di intensità, selezionare copiare i dati negli Appuntie incollare i dati in un file . txt .</li>
	<li>Disattivare il programma fotocamera e controllo premendo il pulsante Arresta .</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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

La precisione dell'allineamento del fascio laser pulsato è fondamentale per la sensibilità del metodo. Deve prestare un'attenzione speciale per garantire che le travi sono separate dalla distanza uguale dopo le piastre BOXCARS e che le travi sono ugualmente spaziati intorno il centro di L1. Deviazione da questo porterà ad un calo significativo nell'intensità del segnale e, di conseguenza, la sensibilità. Allo stesso modo, è necessario prestare attenzione che la cavità di upconversion modulo è in esecuzione in modo fondamentale e che il fascio di segnale è allineato per una sovrapposizione ottima con la pompa di upconversion. Il segnale può facilmente essere ridotta da uno o due ordini di grandezza se la cavità di upconversion è in esecuzione in una modalità errata o la sovrapposizione di fascio di segnale con il campo di cavità è suboptimale. Questo include immissione L3 con precisione millimetrica, in modo che il punto focale di segnale fascio è nel mezzo del cristallo PPLN. Con una sovrapposizione ottima e 80 W di potenza di cavità, un'efficienza quantica di 6% della fase SFG è possibile. Con il rivelatore e la lunghezza d'onda usata qui, l'efficienza di rivelazione totale è 3%. La potenza massima intracavitaria che può essere raggiunta è di 120 W, ma 80 W può essere realizzato in modo affidabile. L'efficienza di conversione è proporzionale alla potenza intracavitaria, così i segnali registrati con un potere diverso intracavitaria possono essere paragonati se il potere di intracavitaria è registrato.
Il principale fattore limitante per la sensibilità di questo metodo è la dispersione di sfondo, che annega i segnali deboli. Per limitare questa dispersione, è fondamentale che le ottiche sono mantenuto privo di polvere, soprattutto lente L1. Deve anche prestare attenzione che la posizione del blocco trave riduce al minimo il rumore di fondo. Il blocco del fascio deve essere collocato su un palcoscenico di xy così che può essere spostato in un modo controllato in entrambi il piano orizzontale e verticale, perpendicolare alla direzione delle travi.
La scansione discusso qui è fatta con il PPLN a temperatura costante. L'efficienza di conversione è proporzionale a sinc (ΔkL/2π)2, dove Δk è lo squilibrio di fase e L è la lunghezza del cristallo. Il massimo di mezza larghezza intera (FWHM) di questa funzione è la larghezza di banda del rivelatore ad una temperatura costante di cristallo PPLN. La FWHM di questa funzione cambia con la temperatura di cristallo e la lunghezza d'onda ma è generalmente dell'ordine di 5 cm-1 in mid-IR, per un cristallo lungo di 20 mm. L'eccezione è vicino a 4.200 nm, dove la larghezza aumenta notevolmente18.
Nessuna scalatura ottica sono state incluse nel diagramma in Figura 2, perché ci sono una serie di problemi da considerare prima di decidere che cosa, se qualsiasi, ridimensionamento è necessaria. Per l'installazione qui descritto, il fascio laser pulsato è collimato a un fascio di diametro di ca. 2 mm quando si raggiunge L1. Questo dà una vita del fascio al punto focale di circa 400 µm, utilizzando una lunghezza d'onda di 3 µm. Quando si implementa questa tecnica, potrebbe essere auspicabile per modificare la lunghezza focale di L1, sia perché è necessario più spazio tra L1 e il punto focale per ragioni pratiche, o per ridurre il volume di misura aumentando gli angoli di convergenza, che possono essere fatto usando una focale più corta. In questo caso, la vita del fascio al punto focale deve essere tenuta a ca. 400 µm e il fascio collimato dovrebbe essere adattato in base. Dovrebbe, tuttavia, occorre tener conto che aumentando il diametro del fascio senza aumentare la spaziatura delle travi aumenterà lo scattering dai bordi del blocco di larghezza. La risoluzione spaziale è data dalla sovrapposizione dei fasci pompa. Per l'installazione qui descritto, la sovrapposizione è 6 mm di lunghezza, quindi il volume di misura è un cilindro di 6 mm di lunghezza, con un raggio di 0,4 mm.
Per raggiungere quasi-monofase-corrispondenza nel cristallo PPLN, sia il segnale di metà-IR e il campo di intracavitaria della cavità upconversion deve essere straordinariamente polarizzati nel cristallo PPLN. La cavità di upconversion dovrebbe essere costruita affinché la polarizzazione del campo intracavitaria è automaticamente giusta. Se il laser di metà-IR non corrisponde già questo, un waveplate può essere inserito a metà-IR laser uscita per trasformare la polarizzazione.
IR-DFWM richiede relativamente alta energia impulsi, mJ 1-4, combinato con uno stretto abbastanza linewidth laser per risolvere linee molecolari, che sono dell'ordine di 0,1 cm-1. Laser che corrispondono a questi criteri generalmente hanno tassi di ripetizione basso, e come acquisizione di dati con DFWM è generalmente fatto analizzando la lunghezza d'onda del laser, questo limita la velocità di misure. Ciò significa che il metodo viene applicato più prontamente alle misurazioni dove il soggetto non cambia nel tempo, anche se è stato applicato anche a misure risolte temporalmente17. Un'altra limitazione è che, a causa della sensibilità a luce diffusa, particelle a o vicino al volume di misura creerà eventi di scattering che annegano completamente il segnale17. La condizione di fase-partita del processo upconversion è spettralmente stretta, che aiuta a eliminare il rumore dalla radiazione di fondo termico, ma rende scansioni negli intervalli di vasta lunghezza d'onda più lunghe come la temperatura PPLN deve essere sintonizzata per mantenere il lunghezza d'onda del segnale fase-abbinati.
Usi futuri di IR-DFWM sono previste per la rilevazione di NH3 in fiamme, o di continuare il lavoro con HCN in ambienti più pratici. Il mezzo più ovvio per migliorare il metodo è quello di ridurre ulteriormente lo sfondo da luce diffusa. Questa operazione può essere eseguita utilizzando un filtro spaziale del fascio segnale dopo il segnale viene raccolto da L2.

IR-DFWM fornisce la capacità di misurare le concentrazioni di specie attive IR fino a ppm livello1, con risoluzione spaziale. IR-DFWM presenta diversi vantaggi che rendono questa tecnica attraente per la ricerca di combustione. Fiamme possono essere cambiate drasticamente con l'inserimento di sonde, ma IR-DFWM è una musica. Ha una risoluzione spaziale, così le concentrazioni della specie in diversi punti la struttura della fiamma possono essere misurate. Esso fornisce un segnale coerente, che può essere isolato dall'emissione termica della fiamma. Inoltre, DFWM è meno sensibile alla fluorescenza di ambiente che, per esempio, indotta da laser di collisione (LIF), che può essere difficile da determinare in una fiamma. La tecnica fornisce anche accesso alle specie molecolari che sono IR attivo, ma le transizioni di visibile o vicino mancanza che possono essere utilizzate per misurare la loro con altre tecniche.
Mentre DFWM ha una serie di vantaggi, tecniche alternative potrebbero essere preferibile se uno o più di questi vantaggi non sono necessari. Se non è richiesta la risoluzione spaziale, tecniche basate su assorbimento sarà sia più semplice e più preciso. Se le specie molecolari in questione hanno transizioni nella regione visibile o vicino-IR, LIF potrebbe essere preferibile, LIF possono fornire informazioni risolte spazialmente da un aereo, piuttosto che a un solo punto. Sotto le giuste condizioni, metodi non lineari, quali DFWM e PS, utilizzabile anche per misurazioni 2D single shot2. Il segnale di questi metodi non lineari è proporzionale all'intensità del fascio sonda a cubetti, e come il fascio di pompa deve essere espanso per coprire l'area della misurazione 2D, questo richiede energie molto elevato impulso o una combinazione di elevata suscettibilità di terzo ordine, alte concentrazioni e rumore di fondo basso per lavorare. Pertanto, esso dipende principalmente le specie molecolari se questa è una possibilità.
In una più diretta concorrenza con DFWM, ci sono le altre tecniche spettroscopiche quattro-onda-miscelazione-based: spettroscopia di Raman anti-Stokes coerente (automobili), la spettroscopia indotta da laser grata (Bulbocavernoso) e spettroscopia di polarizzazione (PS). CARS è una tecnica affermata per la misurazione della temperatura e le principali specie in ambienti di combustione. Tuttavia, manca la sensibilità per rilevare le specie minori, come il limite di rilevamento è solitamente circa 1%2. PS e DFWM precedentemente sono state indicate per avere simili sensibilità e limiti di rilevamento3; Tuttavia, il rapporto segnale-rumore di DFWM ha dimostrato di aumentare del fattore 500 quando combinato con upconversion rilevamento4, mentre PS ha mostrato solo un 64-fold aumento5. Bulbocavernoso ha il vantaggio di indurre una grata, utilizzando luce mid-IR, ma misura l'effetto di rifrazione di un laser di sonda di questo reticolo, e la lunghezza d'onda del laser sonda possa essere scelti liberamente6. La lunghezza d'onda del laser sonda può, pertanto, essere nella regione visibile, dove sono disponibili rivelatori basati su silicio veloce, a basso rumore. Questo è lo stesso vantaggio che si ottiene utilizzando upconversion. Bulbocavernoso hanno lo svantaggio che è molto sensibile a collisione2, che significa che la concentrazione di gas principali specie deve essere conosciuta per misure di temperatura con Bulbocavernoso o precisa concentrazione. Se tale problema sia stato superato, Bulbocavernoso hanno una sensibilità simile sia DFWM e PS a pressione atmosferica3, ma dove il Bulbocavernoso segnale aumenta con l'aumento della pressione, aumenta il segnale da DFWM e PS a pressioni inferiori, che significa il preferito tecnica dipenderà l'ambiente di pressione.
Rilevamento di upconversion è la tecnica di conversione di un segnale da lunghezze d'onda lunghe a quelli più brevi tramite generazione di somma-frequenza. Il vantaggio di questo è che i rivelatori nella gamma visibile o infrarosso hanno minor rumore e una maggiore sensibilità rispetto ai loro omologhi della regione mid-IR. Questo è stato prima studiato cinque decenni fa7, ma ha visto ben poca attenzione e utilizzare da allora, dovuto le efficienze di conversione basso. Tuttavia, con gli avanzamenti nelle tecniche di produzione per periodicamente palificato litio niobato (PPLN) e altri materiali con elevati coefficienti non lineari, nonché che la maggiore disponibilità di diodi laser ad alta potenza (LDs), la tecnica ha attirato aumentato attenzione nell'ultimo decennio, con applicazioni in settori quali la rilevazione del singolo-fotone mid-IR8,9,10,11, IR lidar12,13e iperspettrali formazione immagine di microscopia e15 14,16. Il principale vantaggio di combinare upconversion rilevamento con IR-DFWM è che la condizione di fase-partita ha una banda stretta accettazione angolare e spettrale, che discrimina pesantemente contro lo sfondo termico, consentendo la rilevazione di segnali più deboli.

<table><tbody><tr><td>Laser Nd:YAG, pulsato</td><td>Spectra Physics</td><td>Quantarau Pro-290-10</td><td>Quantità: 1 (Per il pompaggio del laser mid-IR)</td></tr><tr><td>Laser Nd:YAG, sistema di semina a iniezione</td><td>Spectra Physics</td><td>6350</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>Laser a colorante NIR - Sistema OPA</td><td>Sirah</td><td>OPANIR</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>Laser HeNe</td><td>Thorlabs</td><td>HNL100LB</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>Specchio dicroico</td><td>LASEROPTIK</td><td>NA</td><td>Quantità: 1, ordine personalizzato: HR per il mid-IR, trasparente per 632 nm</td></tr><tr><td>Specchi d'oro protetti</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-M01</td><td>Quantità: 5&nbsp;</td></tr><tr><td>BoxCars Piastra</td><td>LASEROPTIK</td><td>NA</td><td>Quantità: 2, Ordine personalizzato</td></tr><tr><td>xy-stage</td><td>Thorlabs</td><td>DTS25/M</td><td>Quantità: 2</td></tr><tr><td>500 mm di lunghezza focale Lente CaF2, &Oslash; 2''</td><td>Eksmaoptics</td><td>110-5523E</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>obiettivo CaF2 con lunghezza focale di 500 mm, &Oslash; 1''</td><td>Thorlabs</td><td>LA5464</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>lente CaF2 da 100 mm di lunghezza focale, &Oslash; 1''</td> <td>Thorlabs</td><td>LA5817</td><td>Quantità: 1&nbsp;</td></tr><tr><td>Iris, & Oslash; 50 mm</td><td>Thorlabs</td><td>ID50/M</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>filtro IR ND1 (ZnSe)</td><td>Thorlabs</td><td>NDIR10B</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>filtro IR ND2 (ZnSe)</td><td>Thorlabs</td><td>NDIR20B</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>filtro IR ND3 (ZnSe)</td><td>Thorlabs</td><td>NDIR30B</td><td>Quantità: 2</td></tr><tr><td>Rivelatore di conversione</td><td>NLIR</td><td>NA (equivalente più vicino: U3055 3.0-5.5&micro; m)</td> <td>Quantità: 1, ordine personalizzato&nbsp;</td></tr><tr><td>Scheda rivelatore VIS/NIR</td><td>Thorlabs</td><td>VRC2</td><td>Quantità: 1, (bassa intensità)</td></tr><tr><td>Scheda rivelatore NIR</td><td>Thorlabs</td><td>VRC4</td><td>Quantità: 1, (alta intensità)</td></tr><tr><td>Scheda rivelatore MIR</td><td>Thorlabs</td><td>VRC6S</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>Testa sensore di potenza termica</td><td>Thorlabs</td><td>S302C</td><td>Quantità: 1</td></tr><tr><td>Console misuratore di potenza</td><td>Thorlabs</td><td>PM100D</td><td>Quantità: 1</td></tr></tbody></table>

a raggi infrarossi degenerato quattro-onda miscelazione con rilevamento di upconversion per sensoristica quantitativa

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

Vi presentiamo un protocollo per l'esecuzione di spettroscopia di gas utilizzando infrarossi degenerato quattro-onda di miscelazione (IR-DFWM), per la rilevazione quantitativa di specie di gas nella gamma ppm--single-per cento. Lo scopo principale del metodo è la rilevazione risolta spazialmente di basso-concentrazione specie, che non hanno nessuna transizione nella gamma spettrale visibile o vicino-IR che poteva essere utilizzata per il rilevamento. IR-DFWM è un metodo non invasivo, che è un grande vantaggio nella ricerca di combustione, come l'inserimento di una sonda in una fiamma può cambiare drasticamente. IR-DFWM è combinato con upconversion rilevamento. Questo schema di rilevamento utilizza somma-frequenza generazione per spostare il segnale IR-DFWM da mid-IR nella regione vicino-IR, per sfruttare le caratteristiche di rumore superiore di rivelatori basati su silicio. Questo processo respinge anche la maggior parte della radiazione di fondo termico. Il focus del protocollo presentato qui è il corretto allineamento dell'ottica IR-DFWM e su come allineare un sistema di rilevamento di upconversion intracavitaria.

Figura 3 Mostra il segnale da diverse concentrazioni di HCN in N2, calcolato in media su tre scansioni per ciascuna concentrazione. La miscela è stata preparata mescolando 300 ppm HCN N2 con puro N2 tramite flusso di massa controller e riscaldamento a K. 843 Il picco centrale è la linea P(20) della banda vibrazionale1 ν di HCN. L'inserto nella Figura 3 Mostra il valore di picco del segnale da questa linea per ciascuna concentrazione, con un polinomio di secondo grado in forma. La dipendenza di concentrazione del segnale può essere descritto da S = ax2 + b, dove S è il segnale e a e b sono raccordo costanti17. Misure di concentrazione assoluta in una fiamma richiedono una misurazione di calibrazione come illustrato di seguito, ad una temperatura nota, per determinare la costante un. La temperatura del volume di misurazione nella fiamma deve essere misurata anche come il costante un scale con temperatura; una trattazione completa di questo è già stato pubblicato il17. Il periodo poling utilizzato per questa misura era di 21,5 µm, con una temperatura di cristallo di 104,5 ° C.
Figura 4 presenta i dati grezzi da una fiamma premiscelata. Mostra cinque analisi consecutive sopra la gamma 3229.5-3232 cm-1, ogni scansione presa circa 65 s. Questi tre gruppi di copertura delle linee d'acqua, utilizzato per misure di temperatura. Idealmente, quando si lavora con un sistema stabile, ogni scansione sopra la stessa gamma dovrebbe essere identico, come la concentrazione, la pressione e la temperatura dovrebbe restare invariati. L'intensità dei cambiamenti qui visto linee drasticamente da scansione di scansione, che è perché la modalità di impulso del laser e l'energia non è stabile da scansione di scansione. Risultati come questi sono inutilizzabili a meno che l'energia dell'impulso laser è stato registrato e può essere utilizzato per ordinare misure con sufficiente energia di impulso laser dal resto. Il periodo poling utilizzato per questa misura era di 21,5 µm, con una temperatura di cristallo di 123 ° C.
Nella Figura 4, la dispersione di sfondo non si vede perché è stato utilizzato un filtro ND2 per ridurre il segnale, per evitare di saturare il rivelatore. Per i segnali più deboli, è stato trovato che la dispersione di sfondo è dell'ordine di 5 pJ per impulso, che corrisponde al segnale generato dalla linea P(20) della banda vibrazionale1 ν di 100 ppm HCN a temperatura ambiente.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig1.jpg"> Figura 1: diagramma del rivelatore upconversion. U1-U7 e UH sono specchi, altamente riflettente (HR)-rivestito per 1.064 nm. Tutti gli specchi sono piani, ad eccezione di U3, che ha un raggio di 200 mm di curvatura. Specchi U1-U5 sono fatte per essere trasmissivo alla lunghezza d'onda del diodo laser, per garantire che la luce di LD non raggiungono il rivelatore. U6 è trasmissivo per il segnale di upconverted, 650-1.050 nm. U7 è trasmissivo per il segnale di metà-IR. UH è 95% riflettente per 1.064 nm e 5% trasmissivo. La lunghezza del percorso da U1 a U3 è 156 mm e la lunghezza del percorso da U3 a U7 è 202 mm. L4 e L5 sono lenti acromatiche con 60 mm e lunghezza focale di 75 mm, rispettivamente. Entrambi sono trasparenti per 650-1.050 nm. La fotocamera usata come rivelatore si trova 75 mm da L5. Il campo di cavità è polarizzato verticalmente. Il PPLN usato qui ha poling periodi di 21.0 µm, 21,5 µm, 22.0 µm, 22,5 mm e 23.0 µm, e la lunghezza di cristallo è 20 mm. Il rivelatore visibile e vicino infrarosso utilizzato è una fotocamera di UI-5240CP-NIR-GL da sistemi di sviluppo di Imaging di IDS. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig2.jpg"> Figura 2: diagramma dell'installazione DFWM. M1 è un specchio dielettrico altamente riflettente (HR) alla lunghezza d'onda del laser pulsato. M2 è uno specchio dielettrico rivestito per essere HR alla lunghezza d'onda del laser pulsato e trasmissive per il fascio di guida HeNe. M3-M6 sono protetti specchi d'oro. B.C.1 e B.C.2 sono piastre BOXCARS 1 e 2. L1 è un obiettivo di2 500 mm lunghezza focale CaF con un diametro di 5,1 cm. L2 è che una lente di2 500 mm lunghezza focale CaF con un diametro di 2,54 cm. L3 è un obiettivo da 100 mm lunghezza focale CaF2 . Il laser pulsato è polarizzato verticalmente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig3.jpg"> Figura 3 : Segnale da diverse concentrazioni di HCN in N2. Il picco centrale è la linea P(20) della banda vibrazionale1 ν di HCN. L'inserto Mostra il segnale di picco da ciascuna concentrazione (indici di diamanti), con un polinomio di secondo ordine in forma. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig4.jpg"> Figura 4 : Cinque analisi consecutive di ca. 65 s in durata per ogni scansione, fatto in una fiamma premiscelata. Il laser è stato digitalizzato sopra la gamma di 3229.5-3232 cm-1. I picchi visti qui sono il segnale da diverse collezioni di H2O linee di transizione. Il segnale è stato ridotto con un ND1 e un filtro ND0.6, per evitare di saturare il rivelatore. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig5.jpg"> Figura 5: piastra A BOXCARS visto dal lato. È un blocco di materiale trasparente. Sul lato di ingresso, è rivestito con un rivestimento antiriflesso su metà della superficie. Il raggio laser entra qui e raggiunge il lato di uscita, dove la metà della superficie è rivestita per una trasmissione del 50%. La luce riflettuta internamente nella piastra viene rifratta poi alla parte del lato ingresso rivestito per alta riflessione e si riflette attraverso la metà superiore del lato di uscita. Un fascio questo si divide in due raggi paralleli. Lo stesso effetto potrebbe essere raggiunto con un divisore di fascio e uno specchio, ma un divisore di fascio avrebbe qualche riflessione dalla superficie posteriore, che potrebbe aumentare il rumore di fondo. Inoltre, la piastra BOXCARS non richiede nessun allineamento affinché le due travi prodotte sono parallele. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig6.jpg"> Figura 6: intracavitaria potenza in funzione del diodo laser pompa corrente per il modulo di upconversion. Ogni punto è una media della potenza misurata da tre tracciati separati della cavità e le barre di errore indicano la diffusione tra i tracciati separati. La deviazione dal comportamento ideale laser è causata da effetti termici nei laser di cristallo ed il cristallo PPLN. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

Qui, presentiamo un protocollo per eseguire spettroscopia gas sensibili, risolte spazialmente nella regione metà di-infrarossa, usando degenerato quattro-onda miscelazione combinata con upconversion rilevamento.

A raggi infrarossi degenerato quattro-onda miscelazione con rilevamento di Upconversion per sensoristica quantitativa

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...

L'importanza del nostro protocollo è che abbassa il limite di individuazione che consente di studiare le concentrazioni di specie minori che altri metodi non possono raggiungere. Il vantaggio principale di questa tecnica è l'aggiunta del modulo di upconversion che aggira gran parte del rumore di fondo. Utilizzare la configurazione per l'upconversion utilizzata nel processo di rilevamento.Iniziare esponendo gli elementi interni nella configurazione. Un diodo laser e un cristallo producono un fascio di 1064 nanometri. Una serie di specchi dirige questo fascio attraverso un cristallo PPLN e ritorno.Un fascio medio-infrarosso dall'esterno passa anche attraverso il cristallo. I due fasci producono un segnale rovesciato che esce dal cristallo PPLN e va a un rilevatore. Questo schema fornisce una panoramica dell'impostazione.Il cristallo utilizzato con il diodo laser è neodiamond ytterbium orthovanadate. I simboli da U1 a U7 sono specchi che si riflettono molto a 1064 nanometri. Gli specchi da U1 a U5 sono altamente trasmissivi alla lunghezza d'onda del diodo laser.Lo specchio U6 è trasmissivo nell'intervallo del segnale rovesciato. Mirror U7 è trasmissivo per il segnale del medio infrarosso. Lo specchio U3 ha un raggio di curvatura di 200 mm.Gli altri specchi sono piatti. Utilizzare uno specchio piatto su un supporto comico per stabilire una cavità di allineamento. Posizionare lo specchio davanti al mezzo laser per fungere da specchio finale.Ruotare l'angolo del supporto in posizioni estreme sia in direzione orizzontale che verticale. Quindi, posizionare una scheda del fascio sensibile all'infrarosso davanti allo specchio U2. Rimuovere anche il cristallo PPLN dal suo supporto. La disposizione è raffigurata in questo schema.Lo specchio finale è indicato da UH. Avviare il diodo laser a circa un terzo della sua potenza massima. Allineare la cavità, ripetere i seguenti passaggi. Modificare l'angolo dello specchio finale, positivo di 2 gradi nella direzione orizzontale.Quindi spazzare l'angolo verticale dello specchio da un estremo all'altro. Mentre lo fai, guarda la scheda a infrarossi per un fascio dalla cavità di allineamento. Ad un certo angolo orizzontale dello specchio finale, durante una scansione dell'angolo verticale, la cavità inizierà a oziare, che può essere vista sulla scheda a infrarossi.Quando la cavità è oziante, alternare la regolazione dell'angolo dello specchio per ottenere una potenza più elevata e la riduzione della corrente di azionamento. Alla fine, avere la potenza in modo che il fascio che esce lo specchio sia facilmente visibile con la scheda IR. Ora, rimuovi la scheda a infrarossi e inizia a regolare lo specchio che c'era dietro, U2. Regolare lo specchio in modo che il fascio di allineamento si rifletta dal centro al centro dello specchio U3. Regolate l'angolo dello specchio U3 in modo che la trave continui centrata lungo il percorso desiderato per specchiare U7. Assicurarsi che il fascio passi attraverso il supporto PPLN all'altezza appropriata e che sia perpendicolare alla superficie del cristallo.Quindi, rimuovere la finestra del germanio e posizionare una scheda a infrarossi dietro U7. In questa posizione, la scheda IR si fluorescenza a causa di un fascio IR che lascia la cavità. Ora regolate l'angolo di U7 per riflettere lungo il percorso del fascio di allineamento. Monitorare la scheda a infrarossi per il fascio trasmesso e impostare l'angolo dello specchio per massimizzare l'uscita.Continuare montando il cristallo PPLN nel supporto in modo che il fascio attraversa uno dei suoi canali. Verificare che il fascio sia ancora visibile sulla scheda IR. In tal caso, regolare U7 per massimizzare l'output prima di procedere.A questo punto, spegnere il diodo laser e rimuovere lo specchio finale. Collegare un filtro passa lungo 750 nanometri all'ingresso alla configurazione di upconversion. Posizionare un misuratore di potenza dietro il filtro.Con il diodo laser a piena potenza, regola l'angolo di U2 e U7 per massimizzare la potenza. Quindi sostituire il misuratore di potenza con una scheda a infrarossi ad alta potenza. Con la scheda, verificare che la cavità sia in esecuzione in modalità galiziana fondamentale.Regolare lo specchio U7 in base alle esigenze. Al termine, rimuovere il filtro e ricollegare la finestra del germanio. Passare per allineare la configurazione di miscelazione a quattro onde degenerata a infrarossi.L'insieme comprende un laser a impulsi, un laser al neon ad elio, specchi e lenti, per dirigere i fasci verso l'ingresso del rivelatore di conversione assemblato. L'impostazione iniziale è rappresentata in questo schema. Il laser al neon all'elio fornisce un fascio di guida.Utilizzare specchi M3 e M4 per allineare il fascio guida con l'obiettivo L1. Regolare gli specchi in modo che il fascio colpisca l'obiettivo L1 al centro. Inserire una piastra boxcar tra lo specchio M4 e l'obiettivo L1. Posizionarlo con un angolo verticale di 45 gradi dalla trave orizzontale. Assicurarsi che la disposizione produca due travi di uscita.Inserire una seconda piastra boxcar dopo la prima. Avere ad un angolo orizzontale di 45 gradi dalle travi di uscita. Assicurarsi che la sua uscita abbia quattro travi.Quindi, regolare gli angoli delle piastre dei boxcar alle quattro travi di uscita che formano gli angoli di un quadrato. Regolare l'obiettivo L1 fino a quando le travi non sono equamente distanziate attorno al suo centro. Ora, metti un'iride nel percorso delle travi.Disporre il diaframma per bloccare tre fasci della pompa e consentire il passaggio del fascio di segnale. Questo schema rappresenta lo stato del sistema a questo punto. I prossimi passi coinvolgeranno l'obiettivo L2, e gli specchi M5 e M6. Per collimare il fascio, allineare la lente L2 usando la lunghezza focale della lunghezza d'onda del laser a impulsi.Quindi posizionare gli specchi M5 e M6 in modo che il fascio di guida sia diretto alla finestra di ingresso del rilevatore di conversione in cui il fascio deve essere centrato. Posizionare l'obiettivo L3 a una distanza ottica di una lunghezza focale dal centro del cristallo PPLN. Rimuovere la finestra del germanio del rilevatore per continuare.In questo modo il fascio di 1064 nanometri può uscire dal modulo di conversione verso l'alto. Quindi, inizia a utilizzare lo specchio M6 per spostare il fascio dal rilevatore e portarlo sul fascio di segnale in modo che si sovrappongano all'obiettivo L2. Alternare questo con l'uso dello specchio M5 per spostare il fascio di guida sul fascio di 1064 nanometri a L3. Fermati quando il fascio di 1064 nanometri e il fascio di guida seguono lo stesso percorso. Ricollegare la finestra del germanio al modulo di upconversion.Quindi posizionare diversi filtri a densità neutra davanti al rivelatore per proteggerlo dal laser a impulsi. Accendere il laser a impulsi e assicurarsi che si sovrapponga al fascio di guida. Ora, posizionare il flusso di gas o la fiamma da misurare nel punto focale dell'obiettivo L1. Questa misurazione comporterà il flusso di metano diluito in azoto.Verificare che il segnale sia visibile sul rilevatore. Regolare i filtri di densità neutri in base alle esigenze. Se c'è un segnale, massimizzarne l'intensità media regolando gli specchi M5 e M6. Continuare bloccando il fascio di segnale con un blocco di fascio su una fase di traslazione.Quindi rimuovere i filtri di densità neutra che si trovano prima del rilevatore. Inizialmente, potrebbe esserci un segnale a causa della luce diffusa nel rilevatore. Con lo stadio di traslazione regolare la posizione del blocco del fascio per ridurre questa dispersione.Procedere quando il segnale dovuto allo scattering della luce è stato ridotto il più possibile. Il passo successivo consiste nell'attivare il flusso di gas in modo che le misurazioni possano iniziare. Quindi, raccogliere dati attivando correttamente il rilevatore di upconversion con il laser a impulsi e scansionando la gamma di interesse della lunghezza d'onda.Questi dati si tratta di cinque diverse concentrazioni di acido cianidrico nel gas azoto. Ogni punto rappresenta la media di tre scansioni ad ogni concentrazione. Il picco centrale è la linea P20 della banda vibrazionale NU1 di acido cianidrico.Qui i punti sono i valori di picco misurati in funzione della concentrazione. La linea del trattino si adatta al polinomio di secondo grado. In questo caso, i dati mostrano cinque scansioni consecutive da una fiamma pre-miscelata.Ogni scansione dura circa 65 secondi e copre lo stesso intervallo di numero d'onda. Il cambiamento di intensità dalla scansione alla scansione è dovuto al fatto che la modalità di impulso laser e l'energia non sono stabili. Nessun singolo passaggio è il più importante, ma se le misurazioni devono essere comparabili, l'allineamento deve avere la stessa posizione di altezza ogni volta.Imparare ad allineare questo set up per tentativi ed errori avrebbe fatto perdere molto tempo, motivo per cui volevo dimostrare il processo in modo che le persone potessero evitare insidie. L'introduzione del modulo di upconversion ci ha permesso di rilevare il rilascio della specie minore di acido cianidrico dalla gassificazione di piccoli pellet. Questo protocollo include l'uso di laser di classe quattro e potenzialmente l'uso di gas infiammabili, e devono sempre essere seguite le misure di sicurezza appropriate.

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Viene descritto l'uso della spettroscopia FTIR per lo studio delle proprietà superficiali dei solidi policristalli. Vengono discussi la preparazione di pellet campione, procedure di attivazione, caratterizzazione con molecole di sonda e studi modello di pubblicità di CO2.

In situ Spettroscopia FTIR come strumento per lo studio dell'interazione gas/solido: adsordimento di CO2 potenziato con acqua in UiO-66 Metal-Organic Framework

Vengono descritti i dettagli di generazione e ottimizzazione del segnale, misurazione, acquisizione dei dati e gestione dei dati per uno spettrometro Raman stimolato a IR risolto al tempo del femtosecondo. Uno studio Raman stimolato vicino all'infrarosso sulle dinamiche di stato eccitato del carotene z nel toluene è mostrato come un'applicazione rappresentativa.

Ultrafast Time-resolved Near-IR Stimulated Raman Measurements of Functional .

Scopri la spettroscopia gassosa a infrarossi con mixing a quattro onde degenerato e rilevamento upconversion. Questo metodo riduce il rumore di fondo e migliora i limiti di rilevamento per specie minori.

A raggi infrarossi degenerato quattro-onda miscelazione con rilevamento di Upconversion per sensoristica quantitativa

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