˘ ˇ ˆ - plasmasfroidsplasmasfroids.cnrs.fr/img/pdf/romanini_kassi.pdf4295 4296 4297 4298 4299...

Post on 31-Jul-2020

4 Views

Category:

Documents

0 Downloads

Preview:

Click to see full reader

TRANSCRIPT

����������������������������������������� � ���� � ���� � ���� � ���

�������� � �� � � �� ��� ��������� � �� � � �� ��� ��������� � �� � � �� ��� ��������� � �� � � �� ��� �

� � � � �� �� � �� ����� � � ��� ��� � � � �� �� � �� ����� � � ��� ��� � � � �� �� � �� ����� � � ��� ��� � � � �� �� � �� ����� � � ��� �� ����� � � � � �� �� � � � � �� �� � � � � �� �� � � � � �� � ���� ����

����������� �� ���� � ��������

�������������������������������������

� ��������� � �� �������! " ����� �� �# $ %&

lo n g u e u r d 'o n d e

�������'����(����

������������

(����������������

) ������*++�+++,

����������

���� ����������

� � ��� �� �������� � ��� �

� � � �� �� �� � � � �� � � � ��

τ(ν)

τ0

����

��

��������-.��/ ��������������

��

������ �������������������������������0

�� � ��� � �� � � �� � ��� �� �������! � � �� ��

�νννν�����

��������������

∆ν ���� *�1) 23� 4155623�&% �

��

∆ν���7�∆ν ����*�15.8%������������

∆ν������*�15623

νννν

%����������9����������������(� �:

� � � �

��

; � � <

%������������������0

���� '�∆ν���7�∆ν ����=5�1� *>55�α=?&.@7������

�� � ��� � �� � � �� � ��� ��� � �

Cavity Enhanced?

�������� � �� � � �"�� � �� �� ��� ��#

�������� � �� � � �"�� � �� �� ��� ��#

after averaging >10s !

�� � � �$ � � � � ��� �� % � � � � �� � ��� &% &�

������������������ ��∆ν∆ν∆ν∆ν�������� ��

����� ��

!�A

�" !

��

#�� ���#�� $ ����%���##� &�#��

����'

&��� # ����

∆∆∆∆A�∝∝∝∝ ∆ν∆ν∆ν∆ν

∆∆∆∆�

B� �

��������! � � �� �� ����� � � � �� �� � �

$ ��B� �

�����(�������������

%������������������

C�15�D

�� ��

����

�����

�����������������

E

������������

ν

����

��6��-����-�

F ����B� �

� % ��� � � �'�� � � � ����( � � �� ��( � �

� � � � � � ( �

A��������

�������/ �

%������E�����������

�����;��<

�������*�85555

� ) � � ) * + ) � + ) *�

+

,

*

1�������7������=G���-������������(������������ ��D

�� ������/ ��������� ;��.1<�

����

������

�;15

.H7�

�<�

F ������������������������

∆α���*�?C15.157��

# ����������������'�155�������I �15�23

5 � 5 5 � ? 1 � 5 1 � ? 8 � 5- �

(

+ �

+ �

+ �

�;15

.H

7��<

� � � � � � � � / � � � � � � � � � � ; � �. 1<

� % ��� � � � � � � ��������) �� ��( �� ����

τ��=1J �8?�K�

=1L?55

� ) + � ) � � ) , � ) � � ) *�

*

+ �

+ *

� �

� *

;15

.L

7��<

� ) + � ) � � ) , � ) � � ) *�

*

+ �

+ *

� �

� *

88�15.L7��

5 � 5 5 � ? 1 � 5 1 � ? 8 � 5- �

(

+ �

+ �

+ �

�;15

.H

7��<

� � � � � � � � / � � � � � � � � � � ; � �. 1<

1> �15.?7��

�)� +). ,), *)� �). (), +�)�

+ -*

+ -�

+ -,

�)�+

�)+

+

5�5 5�? 1�5 1�? 8�5

5

8

@

H

L

15

18

1@

1H

1L

�%��

��#��

�/+�

-�01

�2

����#�3��4�3� &�%���/1�-+2 ;2 <��� M ���

#����/�� )2

/���

2

��������������=�5�1����

?���� 2

*% �� � �� � �� �

28B

I 1>18���

� % ��� � � ��� � �� � � �

(Patent pending)

F ��-���' *15�-�(��������������� ������ ��/ �������������-�����9���������� � ���� ����-���������������������� �3��:�

*15�-�(������������ ��%���� ����-���/ ������� �

& �������������������'�M�?5F ���������-�

��������123������������

�����;���<��;��<�

5 �� >55� 1?L5��

5 � >55� 1?HH�

���� >55� 1?+5�

��� 1� 1HH5�

6 �,� 1� 1?>5�

��� 1� 1J@8�

��� 5�?� 1>18�

N2AE�# $ O �����������1.8�K�����-��'

9�����.E�������� ����������������������D�:

� % ��� � � �'��� � �� � �� �� �( ���

06/11/200307/11/2003

08/11/200309/11/2003

10/11/200311/11/2003

12/11/200313/11/2003

14/11/200315/11/2003

16/11/200317/11/2003

-40

-20

0

20

40

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

Dev

iatio

n (p

pb)

ppb

CH

4

Chromatograph LSCE (5 min/sample, calibration every 30')

LSP OF-CEAS detector(5 sec/sample, calibration one time)

�*+ � � �� � �� �'� ��� �( �� � �� �( �� � &, , �� ��� �� ( � ���� �� ��� ���� �� �� ���� � �� � � ( �� ��� �

+/- 20ppb(+/- 1%)

%� ����������) ��������� ����������������������������% ����������� P&�������������9��� �� �����:�

- � � � � � � ��� ( � �� $ �� ( � �� � � ��� ���. � � � �� �/ �'�

*0� ��� � � � ����� � ��� ��*+ � � � �����

A���-��������(��/ � B .%&# ��������������� %.L������������ ���6��E������ ('�F ������������������������������� ������� ������ �-������6��������'����������Q� �(���������'���������������� �������������

%� ����������2�.� ��� ��� ���$ # �# .# ) &��9� �# :& �������� �%AB�� �����" �����-���9E���$ ����� ����:

� �( � � � � ��� ���*+ �� ��� ���. � � � �� �/

16:40 16:50 17:00 17:100.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

CH

4 co

ncen

tratio

n (p

pm)

time

10ppb noise level2s averaging

% $ ( �� � � � � � �

F ��������-������(����(������� " ���(�����

/ ����������������������-������������

�����(����� ���(���������� �/ �����

������ ������ ������� ���� ���'

$ 2>�M�5�?����

%2@�*�H5����

%B���*�8�?����

, 1 2 ��� � �� � �$ � ��+� ( ��� �� � �

4295 4296 4297 4298 4299 4300 4301 4302

02468

10

Abs

orpt

ion

(10-6

cm-1)

Frequency (cm-1)

Experimental

02468

10

Hitr

an 2

004

Sim

ulat

ion

CH4 : 60.2 ppm

0.00.20.40.60.81.0

x10

x10

H2O : 8500 ppm

0.00.20.40.60.81.0

CO : 2.1 ppm

T=288K, P=100 mBar

� � � ����� � � � � ��. �� � �� 3��� ���

2.36 DFB by CEM2 (Montpellier) & Nanoplus

Col de porte 2005

Cavity ring-down and

Cavity Enhanced with

Diode lasers ( and optical-feedback… )

����������� �� ���� � ��������

�������������������������������������

� ��������� � �� �������! " ����� �� �# $ %&

Col de porte 2005

Distributed Feed-Back (DFB) diode lasers

Sources Télécoms :

• Compactes et robustes

• Fonctionnent à la température ambiante

• Balayage CW (~ 10 mW)• Monomode sur ~ 5 nm, ∆ν = 1 MHz• λ : 1.3… ou 1.48 - 1.65µm

Détection :• Photodiodes performantes à l’ambiante…• Encombrement réduit

1-2 µm � prix élevé

>2 µm � technologie (GaSb) en développement

Col de porte 2005

Loi de Beer-Lambert

'��� (�'�� )*+ α �,

' �-���������������∆' )�����,�.��������/�������� !

�out = �in e - α L

αL << 1

∆�/� = (�out – �in )/ �in = - α L

�in

Seuil de détection

Col de porte 2005

*00�1�� �����������/���

�����*00�1������������ ����2

Augmenter le trajet

%���������������

&����� ������

$ ���

3 3

4������������������ �

%� � ���� �������/�

&�����

������

������

�������

����

R = 1-T- pertes ~ 99,999%

Col de porte 2005

Que faire avec la cavité ?

Transmission (Cavity Enhanced)

�out / � in = f (ν)

Résonance (Cavity Ring-Down)

Temps de vie des photons τ = f (ν)

Col de porte 2005

Cavity Ring Down

Col de porte 2005

Cavity Ring Down

����� ������

3

�����

'�������

3

������� � �� �

Col de porte 2005

Cavity Ring Down

������

3

�����

'�������

3

������� � �� � � ��

�� �� �� ���)*�5 600�7�,

Col de porte 2005

Cavity Ring Down

����� ������

33

τ �����

'�������� + 5 ����

τ0

+ ��������/�8

���������������������

Col de porte 2005

Cavity Ring Down

����� ������

33

Spectre

Ring down

Balayage duspectre

variations duRing down

Col de porte 2005

Montage pour CRDS

��������������������������������������������

photodiode

Isolateuroptique

Diode laser

Coupleur

Cavité optique

ModulateurAO

�����9 $ ������9

+:0 0 :0 *00

seuil

ν=f(T,I)

Col de porte 2005

CW CRDS : Spectre de l’eau

���

���������

���

���������

�� ������������

������

������������������������ �

�������!����������

�"��#�$� ������$�$� ��������

%$�� �����

���

���������

�������������������������

� �& � �����

���������

�'����������� �

(����)

�����*

��+��,�� ����

�����-

&����-

�����-

.���

����

�����

Col de porte 2005

CW-CRDS : (02 )2 en jet supersonique en fente

�()�& �()�� �()�) �()�� �()��

�&

/������01� 0���������

2�"��#�$� �����)��!���

(

�� �� �& �&�)�����������

�������3�� �� �&�)

#����������)�*0+;� <��

�,

������������������� � ���� ���)6004= 8� ���> ����,

������������������� � ���� ���)6004= 8� ���> ����,

Diode ECDL, concaténation de 8 scans

Col de porte 2005

Spectroscopie CRDS très rapideavec une ECDL (~680 nm)

Col de porte 2005

I. Debecker, A. Mohammed, ONERA (Palaiseau) article soumis

Spectroscopie CRDS très rapideavec une ECDL (~680 nm)

O2 lineO2 line

Col de porte 2005

I. Debecker, A. Mohammed, ONERA (Palaiseau) article soumis

Spectroscopie CRDS très rapideavec une ECDL (~680 nm)

O2 lineO2 line

Col de porte 2005

Cavity Enhanced

Col de porte 2005

Cavité résonante

La longueur de la cavité doit être un multiple de la demie longueur d’onde

Col de porte 2005

Modes de cavité

Fréquence

Inte

nsité

L

f 2f 3f

FSR

Le peigne de mode évolue avec la longueur de cavité

FSR=c/2L

Col de porte 2005

Injection de lumière

Seules les fréquences de résonance optique sont transmises

Lumière blanche

Fréquence Fréquence

Lumière « grise »Cavitérésonante

Col de porte 2005

Mesures quantitatives

Le trajet des photons est multiplié par 2� /ππππ

LASER

� �

�� −=

π

Leff=2Lx / π

Cavité résonante

> 10000 !in

tens

ité

fréquence

L

Col de porte 2005

Mesures quantitatives

Attention, les profils de raie ne suivent pas la loi de Beer-Lambert !

���

��� ����

��� να−−

= 4��

� ��α

�� =�

LASER

� �

inte

nsité

fréquence

L

Col de porte 2005

Résumé

miroirsR~99.999%

���� ����������

Echantillon gazeux

Un même système pour deux types de mesures

Col de porte 2005

Résumé

Enregistrement d’un spectre « cavity enhanced »

inte

nsité

fréquence

miroirsR~99.999%

���� ����������

Echantillon gazeux

CEAS

Col de porte 2005

Résumé

Enregistrement en « cavity ring-down »

inte

nsité

fréquence

miroirsR~99.999%

���� ����������

Echantillon gazeux

�� �

τ beaucoup de pertes

temps

τ peu de pertes

temps

Col de porte 2005

Pourquoi moduler la cavité?in

tens

ité

fréquence

~100 MHz

qq kHz

1 MHz

Le largeur du laser est 100 fois plus petite que le FSRIl faut provoquer le passage en résonance

Rappel : FSR=c/2LRappel : FSR=c/2L

Col de porte 2005

Pourquoi moduler la cavité?

fréquence

Les modes optiques sont les 106èmes modes de résonanceChanger la longueur de la cavité revient en pratique à déplacer les modes

Rappel : FSR=c/2LRappel : FSR=c/2L

Col de porte 2005

En bref

Laser monochromatique :- Tout est simple !- On module la cavité

Laser réel :- jitter, bruit de phase- la CEAS est bruitée- les signaux CRDS sont faibles

top related