DE2320166B2

DE2320166B2 - Vorrichtung zur Untersuchung eines molekularen Gases

Info

Publication number: DE2320166B2
Application number: DE2320166A
Authority: DE
Inventors: Pierre Arcueil Regnier; Jean-Pierre Bures-Sur-Yvette Taran
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1972-04-19
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1974-08-22
Also published as: DE2320166C3; DE2320166A1; US3802777A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung eines molekularen Gases mit gegebener Schwingungsfrequenz, insbesondere zum Messen und Sichtbarmachen seiner Konzentrationsverteilung mittels der stimulierten Raman-Streuung, mit einem 8²E dx²

J_
C²

3²D

et²

= 0,

wobei E das lichtelektrische Feld ist, das folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

E = γ f (x, i)exp ι (kx - ωί) + dem komplexen

konjugierten Ausdruck (2)
wobei

(O = 2 .T V

k = (oi/c) · fr

f = die Amplitude des Feldes und

F = die Dielektrizitätskonstante des Mediums ist (f a 1 für Gase)..

Die Verschiebung D kann aufgeteilt werden in eine lineare Komponente und in eine nichtlineare Komponente:

D = fE + 4πΡ,

NL ■

wobei P_NL die induzierte elektrische Polarisierung dritter Ordnung in der elektrischen Feldstärke ist. D und P_NL können durch Gleichungen ähnlich Gleichung (2) ausgedrückt werden.

Bei Verwendung eines stimulierten Raman-Streuungs-Verfahrens kann die nichtlineare Polarisierung wie folgt ausgedrückt werden:

wobei x⁽³⁾ die Suszeptibilität dritter Ordnung und F- die elektrischen Felder sind, die gleichzeitig in dem Medium vorhanden sind.

Es sollen nun ein Laserfeld mit der Amplitude r. und der Winkelfrequenz m_L und ein Stokes-Feld mit der Amplitude s_s und der Winkelfrequenz ω₅ betrachtet werden. Wenn das Gas, dessen Konzentration gemessen werden soll, aktive Ramansche Moleküle enthält mit einer Resonanz bei einer Winkelfrequenz tu_v und wenn die Winkelfrequenz von w_L und a>_s so gewählt werden, daß

~ ^ω5 — ^wv

ίο ist, so nimmt die Suszeptibilität χ^ο> einen größeren Wert an. Unter den Polarisationsfaktoren erscheint ein Anti-Stokes-Faktor mit einer Winkelfrequenz bzw. Kreisfrequenz Cu₀₅:

iu_aS = u)_L + ω,

= 2 io_L —

der folgendermaßen geschrieben werden kann:

-«τ Z^<3) f\

i [(2 k, — k_s) χ — w_aSQ + dem komplexen konjugierten Faktor.

Die Welle des Anti-Stokes-Feldes folgt der Gleichung (1) und kann wie folgt ausgedrückt werden (unter Vernachlässigung der Rückwelle):

O.V

wobei /J ft = ft„5 — 2k_L + k_s sind.

Der phasenabhängige Faktor e' ^Uv wird gleich Eins, wenn Ak · x = Ak · D = n ist, der eine Kohärenzlänge D bezeichnet. Bei einem molekularen Gas unter Normaltemperatur und Normaldruck beträgt D mehrere zehn Zentimeter. In den meisten praktischen Fällen ist die Länge der zu untersuchenden Proben kleiner als D. Dies führt dazu, daß der phasenabhängige Faktor als Eins angenommen werden kann und daß Gleichung (3) folgendermaßen vereinfacht werden kann:

In den Fällen, in denen die Felder quasistationäre Felder sind, gilt:

Bei dem hier benutzten Raman-Streu-Verfahren ist die Wechselwirkung schwach, weshalb keine merkliehe Erschöpfung der Pumpwellen bei den Kreisfrequenzen CU₁, und (o_s eintritt. Die Amplituden ι, und f_s können daher als im wesentlichen konstant angesehen werden. Die Suszeptibilität χ⁽³⁾ ist bei Resonanz rein imaginär, und sie ist proportioinal zur Konzentration je Volumeneinheit η der resonanten Mole und umgekehrt proportional zur Breite des Raman-Strahles . I v. Die Raman-Linienbreite, die eine Funktion der Temperatur und des Druckes ist, wird als bekannt angenommen, ebenso wie die Suszeptibilität χ^{3) des untersuchten Gases und dessen Kreisifrequenz <«,,.

Im Falle eines Gasgemisches ist der Wert von χ⁽³¹ bezogen auf eine gegebene Komponente des Gemisches streng proportional zur Anzahl der Mole dieser Komponente je Volumeneinheit. Bei einer Gasprobe mit der Länge x in Richtung der Strahlen erhält man die Amplitude der Anti-Stokes-Welle durch Integration der Gleichung (3) wie folgt:

Wird nun

n(x)

gesetzt, das nicht von χ abhängt, da χ^ι3)(.ν) proportional zu χ ist, so kann die Stärke der Anti-Stokes-Welle /„. wie folgt ausgedrückt werden:

wobei I_L und /_s entsprechend die Intensität der Laserwelle und die Intensität der Stokes-Welle darstellen. Gemäß der Gleichung (5) ist die Intensität der Anti-Stokes-Welle proportional zum Quadrat der Intensität der Laser-Welle, zur Intensität der Stokes-Welle und zum Quadrat der Gesamtzahl der resonanten Mole, die mit den Pumpstrahlen erreicht werden.

Der Laserstrahl und der Stokes-Strahl werden sukzessive fokussiert durch ein optisches System mit veränderlicher Brennweite, und zwar auf diskrete Punkte einer Gasprobe, um die molare Gaskonzentration an diesen Punkten zu messen und hiervon die Verteilung der Mol-Konzentration der Probe abzuleiten.

Durch Fokussierung der Pumpstrahlen auf einen gegebenen Punkt der Gasprobe ist es möglich, die Intensität des Anti-Stokes-Strahles nur von der Gaskonzentration in einem Volumen abhängig zu machen, das sich beim Brennpunkt des optischen Systems befindet. Wenn das optische System (F i g. 1 a) rotations- *° symmetrisch ist, so hat der erste Beugungskreis einen Durchmesser von

d = (4λ/*Β)/,

wobei / die Brennweite, B der gemeinsame Durchmesser der Strahlen und λ der Mittelwert der Wellenlängen des Laserstrahles und des Stokes-Strahles sind. Es kann angenommen werden, daß das in Wechselwirkung stehende Volumen einen Durchmesser d und eine Länge Ax hat, begrenzt durch die Ebenen auf beiden Seiten des Brennpunktes, in welchen der Durchmesser der Strahlen gleich d \"1 ist. Diese Länge ist gleich

/x2

Ax = — ι ^J

Unter der Annahme, daß diese Länge kleiner ist als die Kohärenzlänge und klein genug, daß η konstant und n(x) proportional zu χ ist, wird die Gleichung (3)

die von dem Volumen ausgehende Energie ist

45

50

(4)

wobei P_L und P_s entsprechend die Laserenergie und die Stokesenergie sind. Aus Gleichung (4) ergibt sich, daß innerhalb der gemachten Annäherung die Anti-Stokes-Energie unabhängig von der Brennweite / des fokussierenden Strahles und unabhängig von dessen Durchmesser ist

Bei Verwendung einer zylindrischen Linse an Stelle einer kreisförmigen Linse als optisches System ist es möglich, eine Konzentrationsverteilung n(y) längs der Richtung der Linsenbreite zu photographieren. In diesem Fall ist die Intensität der Anti-Stokes-Welle durch die folgende Gleichung gegeben:

B ist hier die Seitenlänge der Strahlen, die als quadratisch angenommen werden. /_aS ist nicht mehr unabhängig von / und B. die zylindrische Fokussierung hat jedoch den Vorteil, daß sie eine geradlinige Verteilung ermöglicht, die photographiert werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben, in denen

F i g. 1 a und 1 b schematische Liniendiagramme des in Wechselwirkung stehenden Volumens in dem Fall zeigen, in welchem der Laserstrahl und der Stokes-Strahl in der zu untersuchenden Gasprobe fokussiert werden;

F i g. 2 zeigt eine erste Ausfuhrungsform einer Vorrichtung zur Messung der Gaskonzentration, wobei die Strahlen parallel in eine zu photographierende Strömung eingeleitet werden;

F i g. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen der Gaskonzentration, bei der die Strahlen parallel in eine zu photographierende Strömung eingeleitet werden;

F i g. 4 zeigt eine dritte Ausfuhrungsform einer Vorrichtung zur Messung des Gaskonzentration, die dazu dient, einen atmosphärischen Bestandteil längs einer Bahn zu untersuchen bzw. zu messen, die einen Sender und einen Empfänger verbindet;

F i g. 5 zeigt in Form eines Schaubildes die Intensität der Anti-Stokes-Welle über der Konzentration von H₂ in Teilen je Million, und

F i g. 6 zeigt in Form eines Schaubildes die Verteilung der H₂-Konzentration in Teilen je Million in einer natürlichen Gasflamme.

F i g. 2 zeigt einen Rubinlaser 1 mit ß-Schaltung. der durch einen Modulator 2 getriggert wird und in einfachtransversaler Weise arbeitet und der einen homogenen Gaußschen Strahl ausreichender Intensität erzeugt. Der Strahl wird durch eine Linse 31 in einer Zelle 32 fokussiert, die mit dem in der Strömung zu untersuchenden Gas gefüllt ist. Wenn der Laserstrahl und der Stokes-Strahl, die in der Zelle erzeugt worden sind, aus der Zelle austreten, werden sie durch eine Linse 33 parallel gerichtet, und sie durchqueren ein Filter 34, das sie durchläßt, das aber Licht mit der Kreisfrequenz ω^, das ebenfalls erzeugt wird, sperrt oder absorbiert.

Mit 35 ist ein Windkanal und mit 36 sind optische Fenster bezeichnet. Hinter dem Fenster 36 am Austrittsende ist ein optisches Filter 37 angeordnet, das bei ai_aS transparent und bei a>_L und o_s undurchsichtig ist, worauf eine linse 38 und eine photographische Platte 39 folgen. Die Linse 38 bildet eine ausgewählte Ebene des Windkanals senkrecht zur Strahlrichtung auf der Ebene der photographischen Platte 39 ab, wodurch die Wirkungen einer Beugung, die bei der Anti-Stokes-Welle erzeugt werden können, durch starke Konzentration oder Dichtegradienten eliminiert und eine gute optische Abbildung herbeigeführt wird.

In F i g. 3 umfaßt der Rubinlaser einen Rubin 101 mit 10 mm Durchmesser und 10 cm Länge, eine Blitzlampe 102, einen 100%ig reflektierenden Spiegel 103, eine Farb-Zelle 104, die mit Kryptocyanin in Aceton gefüllt ist, mit einem Durchmesser von 3 mm, eine Okularöffnung 105 sowie einen Fabry Perot Ausgangsreflektor 106 aus zwei planparallelen Glasplatten. Die Blitzlampe 102 wird durch den Modulator 2 getriggert.

Der von dem Laser 1 abgegebene Strahl 3 läuft durch die divergierende Linse 4 mit 20 cm Brennweite, dann durch einen Strahlteiler 5. Mit 6 und 7 sind zwei 15 cm lange Rubinverstärker bezeichnet.

Nach dem Rubinverstärker 6 ist eine konvergierende Linse 8 mit 60 cm Brennweite angeordnet, die zusammen mit der Linse 4 ein afocales Teleskop mit einer Vergrößerung von 3 bildet. Nach dem Durchtritt durch die Linse 8 hat der Laserstrahl einen Durchmesser von

1 cm. Nach dem Rubinveirstärker 7 ist eine zylindrische Linse 10 mit einer Brennweite von 10 cm angeordnet, die parallel zur optischen Achse eines insgesamt mit 9 bezeichneten Farblasers ausgerichtet ist. Die Linse 10 fokussiert den Strahl des Rubinlasers in die Farbzelle des Lasers 9.

Der Laser 9 besteht aus einer Zelle 901, die gefüllt ist mit !,l'-Diäthyl-^'-quinotricarbocyanin-iodid, das in Aceton gelöst ist, einer Okularöffnung 902 mit

2 mm Durchmesser, einem afocalen Teleskop 903 mit einer Vergrößerung von 5, einem Gitter 904 mit 600 Strichen pro Millimeter, einem Fabry-Perot-Wähler 905 und einem Ausgangsspiegel 906. Die kombinierte Wirkung des Gitters 904 und des Interferometers 90S ermöglicht die Wellenlängen-Abstimmung des Lasers 9 bei Beibehaltung der äußeren Spektralbreite unter 10"' cm"¹.

Das afokale Teleskop 11 stellt den Durchmesser des Ausgangsstrahls des Lasers 9 nahe auf den des Lasers 1 ein. Durch die kombinierte Wirkung der Spiegel 12 und 13 werden die Strahlen zur Überlappung gebracht und parallel gemacht innerhalb von 10 -* rd.

Die koaxialen Laserstrahlen werden aufgespalten in einen aktiven Strahl und einen Bezugssirahl mit Hilfe des Strahlteilers 14. Der Bezugsstrahl läuft durch eine Zelle 15, die mit einer Probe des zu untersuchenden Gases gefüllt ist, durch ein Färb- und Interferenz-Filter 16, das die Antl-Stokes-Strahlung durchläßt und die Laserstrahlen sperrt, worauf der Strahl auf einen Photovervielfacher 17 trifft, auf den ein Verstärker 18 folgt.

Die aktiven Strahlen laufen durch eine Gasprobe 19 (in diesem Beispiel eine Flamme), eine Linse 20 und ein Filter 16', das mit dem Filter 16 identisch ist. Die Linse bildet die Probe auf die Photokathode eines Bildverstärkers 21 ab. Eine Fernsehkamera 22 mit einer Vidicon-Photoröhre nimmt das Bild auf, das auf dem Schirm des Bildverstärkers 21 gebildet wird, wobei das Bildabtastsystem der Kamera über einen Verstärker 24 mit einem Video-Recorder 23 verbunden ist.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 des Bezugsstrahls wird an eine Subtrahierschaltung 25 gelegt, die auf ihrem zweiten Eingang ein Bezugssignai empfangt. Das Ausgangssignal des Kreises 25 wird an den Verstärkungs-Steuerungsaiischluß des Verstärkers 24 gelegi. Auf diese Weise wird die Messung der Anti-Stokes-Intensität unabhängig von den Schwankungen der Laserintensität von Aufnahme zu Aufnahme.

Die Zeitbasis der Fernsehkamera triggert den Modulator 2, der seinerseits die Blitzlampen des. Lasers 1 und der Rubiriverstärker 6 und 7 erregt. Dieselbe Zeitbasis steuert ferner die Energiezufuhr zum Bildverstärker 21 synchron mit den Laserimpulsen. Der Bildverstärker wild daher nur aktiviert, um die Laserimpulse zu empfangen, wodurch die Erzeugung von Geräuschen in der Fernsehkamera auf eine kurze Zeitspanne begrenzt wird. Das System arbeitet folgendermaßen :

Ein Impuls der Zeitbasis steuert gleichzeitig die Erregung des Rubinlasers, den Betrieb des Bildverstärkers und eine Abtastung der Vidicon-Photoröhre.

Nach Triggerung durch diesen Impuls erzeugt dei Rubinlaser innerhalb von 500 Mikrosekunden einen Lichtimpuls, und es wird auf der Kamera ein Anti-Stokes-Bild erzeugt. Das Bild wird in einer einzigen Abtastung analysiert.

Die Video-Signale, die den Bildstrichen entsprechen, werden in einer Spur eines Video-Bandes des Video-Recorders 23 aufgezeichnet zusammen mit Identifizierungs-Impulsen zur Identifizierung nachfolgender Zeilen.

F i g. 4 zeigt eine Sendestation A, bestehend aus den Elementen 1, 2 und 31 bis 34 aus F i g. 2, dargestellt durch einen Kasten 200, der einen Laserstrahl und einen kolinearen Stokes-Strahl erzeugt. Diese Strahlen werden fokussiert mit Hilfe eines Cassegrain-Teleskops 201. Dieses Teleskop umfaßt einen konkaven Parabolspiegel 202 mit einer zentralen öffnung 203 für den Durchgang des Laserstrahls und des Stokes-Strahls und einen konvexen Spiegel 204. Die Lage des konvexen Parabolspiegels 204 ist durch ein Mikrometer 205 verstellbar.

Bei den vorgenommenen Versuchen hatte das Teleskop folgende Maße:

Durchmesser des ankommenden
Laserstrahls und des Stokes-Strahls 2 cm

Apertur-Öffnung Im

Brennweite des konkaven Spiegels ..5m
Oberfläche des konkaven Spiegels.. parabolisch, /./10 Brennweite des konvexen Spiegels.. 10 cm
Oberfläche des konvexen Spiegels.. parabolisch, /./20

Der Abstand zwischen den beiden Brennpunkten F₁ und F₂ der beiden Spiegel bestimmt die Brennweite /.

Nachfolgend sind die Werte der Brennweite / und des Durchmessers d des durch Beugung begrenzten Brennpunktes als Funktion von α angegeben.

α in mm	25	2,5	0,25
/in km	1	10	100
d in mm	0,7	7	70

Die Empfänger-Station B umfaßt einen sphärischen Spiegel 206 mit einem Durchmesser von 1 m, ein Filter, das durchlässig für die Frequenz W₁₁₅ ist einschließlich eines Farbfilters zur Absorbierung der Laser- und Stokes-Strahlungen und eines Interferenzfilters. ferner einen Phot ο verstärker 208, der im Brennpunkt des Spiegels angeordnet ist. Man kann nun die Werte von n{x), gemittelt über die oben definierten Brennweiten an verschiedenen Punkten jc längs der Linie von der Station A zur Station B messen.

In der Praxis muß der Spiegel 206 einen großen Anteil der Anti-Stokes-Welle sammeln. Dieses Erfordernis stellt eine Begrenzung hinsichtlich der Bestimmung der Werte von n(x) dar, wenn die Distanz AB konstant gehalten wird. Es wurde festgestellt, daß das mittlere Drittel des Abstandes AB untersucht und bestimmt werden kann.

Nachfolgend werden Versuchsergebnisse aufgeführt, die mit der Anlage nach F i g. 4 erhalten wurden, um die Genauigkeit bei der Untersuchung von molekularen Gasen zu zeigen.

F i g. 5 zeigt die Aati-Stokes-Stärke als Funktion der Konzentration C_H, von H₂ in N₂-GaS. Die Kurve folgt dem Gesetz C^₁. außer an beiden Enden.

Am hohen Konzentrationsende wird der Kurvenverlauf durch zwei Erscheinungen gestört, nämlich die

409534/352

Linienverschiebung und die Linienverbreiterung durch Kollision von H₂-Molekülen mit N₂-Molekülen (vgl. P. Lallemand und P. S i m ο ν a , J. Molecular Spectroscopy, 26, 262; 1968).

Am niedrigen Konzentrationsende erzeugt die nichtresonante elektronische Suszeptibilität χ^ΝΚ (die von W. G. Ra do, Appl. Phys. Letters 11, 123 [1967], gemessen wurde) ein Hintergrundsignal, das Messungen unter 50 Teilen H₂Je Million verhindert.

F i g. 6 zeigt die Verteilung von H₂ in einer horizontalen natürlichen Gasflamme eines Bunsenbren-

IO

ners. Hierbei ist Z der Abstand längs der Achse von der Ausgangsebene des Gases, während R der Abstand von der Achse ist. Die Signale werden übertragen in Konzentrationen von H₂ in N₂ unter Standard-Bedingungen für Druck und Temperatur.

Wenn das Abtastsystem nach F i g. 4 verwendet wird, wird die Entfernung α durch irgendeinen verfügbaren Ubertragungskanal von der Sendestation zur Empfangsstation übertragen, wobei die Empfangsstation gleichzeitig den Wert von η und den Wert von α aufzeichnet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

l. Vorrichtung zur Untersuchung eines molekularen Gases mit gegebener Schwingungsfrequenz, insbesondere zum Messen und Sichtbarmachen seiner Konzentrationsverteilung mittels der stimulierten Raman-Streuung, mit einem Impuls-Laser, der einen ersten kohärenten Laserstrahl mit einer ersten Frequenz abgibt, einer Einrichtung zur Abgäbe eines zweiten kohärenten Lichtstrahles, der kolinear mit dem ersten Lichtstrahl ist und dessen Energie in den Bereich der Frequenz einer Stokes-Linie des Gases fallt, ferner mit einer ersten optischen Einrichtung, um die beiden kolinearen Strahlen auf das Gas zu richten und in einen vorgegebenen Bereich desselben zu fokussieren, sowie mit Registriereinrichtungen zum Nachweis der stimulierten Raman-Streu-StrahJung des Gases, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (32, 34; 9) zur Erzeugung des zweiten kohärenten Lichtstrahls derart ausgebildet ist, daß die Frequenz (a>_s) des zweiten Lichtstrahls genau der Frequenz der Stokes-Linie des untersuchten Gases entsprächt, und daß die Registriereinrich- *5 tungen (21, 22, 23, 24) Filter (16') aufweisen, die Strahlung bei der Frequenz (cuj des ersten Laserstrahles sowie der Frequenz (eo_s) des zweiten Lichtstrahles von der Registriereinrichtung fernhalten und Strahlung bei der Frequenz (tu_AS) der Anti-Stokes-Linie des Gases zur Registriereinrichtung durchlassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser ein Rubin-Laser (1) ist, daß die Einrichtung zur Erzeugung des zweiten Lichtstrahles ein Farbstoff-Laser (9) ist, der synchron mit dem Rubin-Laser getriggert ist, und daß eine weitere optische Einrichtung (12,13) vorgesehen ist, um den ersten und den zweiten Strahl zu überlagern.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des zweiten Lichtstrahls einen im Wege des ersten Laserstrahls angeordneten Behälter (32), der das molekulare Gas enthält, und ein hinter dem Behälter angeordnetes Filter (34) umfaßt, das für Strahlung bei der Frequenz [ω_Λ5) der Anti-Stokes-Linie des Gases undurchlässig ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste optische Einrichtung (8,11; 201) eine veränderbare Brennweite hat und daß die Registriereinrichtung in Abhängigkeit von der Brennweite steuerbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinrichtung in Form einer photogiaphischen Platte (39) ausgebildet ist.

Impuls-Laser, der einen ersten kohärenten Laserstrahl mit einer ersten Frequenz abgibt, einer Einrichtung zur Abgabe eines zweiten kohärenten Lichtstrahles, der kolinear mit dem ersten Lichtstrahl ist und dessen Energie in den Bereich der Frequenz einer Stokes-Linie des Gases fällt, ferner mit einer ersten optischen Einrichtung, um die beiden kulinearen Strahlen auf das Gas zu richten und in einen vorgegebenen Bereich desselben zu fokussieren, sowie mit Registriereinrichtungen zum Nachweis der stimulierten Raman-Streu-Strahlung des Gases.

Aus der Zeitschrift »Optics and Spectroscopy«, Bd. 30, 1971, S. 135 bis 137, ist eine Vorrichtung zur Untersuchung der stimulierten Raman-Streuung an flüssigen Substanzen bekannt, die die vorstehend genannten Merkmale aufweist.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, Gase, insbesondere in Flammen und in der Atmosphäre zu untersuchen und insbesondere die Konzentration einer gasförmigen Komponente in einer Gasmischung, insbesondere längs vorgegebener Bahnen in der Gasmischung zu messen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Einrichtung zur Erzeugung des zweiten kohärenten Lichtstrahls derart ausgebildet ist, daß die Frequenz des zweiten Lichtstrahls genau der Frequenz der Stokes-Linie des untersuchten Gases entspricht, und daß die Registriereinrichtungen Filter aufweisen, die Strahlung bei der Frequenz des ersten Laserstrahles sowie der Frequenz des zweiten Lichtstrahles von der Registriereinrichtung fernhalten und Strahlung bei der Frequenz der Anti-Stokes-Linie des Gases zur Registriereinrichtung durchlassen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ermöglicht es beispielsweise den Konzentrationsverlauf von H₂ in einer natürlichen Gasflamme über dem Abstand von der Längsachse der Flamme oder über dem Abstand vom Auslaß eines Brenners anzugeben. Ferner können beispielsweise Bestandteile der Atmosphäre auch über große Entfernungen bestimmt werden.

In einem nicht dispersen Medium folgt ein elektrisches Feld Her Frequenz », beispielsweise ein lichtelektrisches Feld der Majcwellschen Gleichung