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Die
Erfindung betrifft die Erfassung von Gasen in Spurenmengen. Spezieller
betrifft sie eine Vorrichtung zur Erfassung von Gasen in Spurenmengen in
einer Resonatorkavität
gemäß Anspruch
1.
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1 zeigt
das Grunddiagramm eines Verfahrens zur spektroskopischen Absorptionsmessung in
einer Resonatorkavität.
Licht wird von einem Laser 1 über ein optisches Kopplungssystem 3 in
eine optische Resonatorkavität 2 gesandt.
Das aus der Resonatorkavität
kommende Licht wird von einem Photodetektor 4 erfaßt und zu
einer Analyseeinrichtung 5 gesandt. Wenn sich die Laserfrequenz ändert, gibt
es für
jede Kavitätsmode
ein Maximum des von dem Photodetektor empfangenen Signals. Wenn
die Kavität
eine chemische Spezies enthält,
die eine Absorptionslinie bei der Wellenlänge der injizierten Photonen
aufweist, wird die Transmission abhängig von der Absorption reduziert.
Basierend auf dem Transmissionsspektrum wird das Absorptionsspektrum
genauso wie bei einem herkömmlichen
Absorptionsspektrum erhalten. Dann aber wird das Absorptionssignal
mit der Feinheit der Kavität
multipliziert, und es sollte normalerweise möglich sein, Absorptionsmessungen
mit sehr hoher Empfindlichkeit durchzuführen. Eine Transmissionskurve,
welche die transmittierte Intensität über der Frequenz darstellt,
ist in 2A gezeigt, und die Absorption
der in der Kavität enthaltenen
chemischen Spezies, welche in 2B gezeigt
wird, kann von dieser Kurve abgeleitet werden.
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Unglücklicherweise
sind solche Verfahren der direkten spektroskopischen Messung in
einer Resonatorkavität
in der Praxis unmöglich
oder ihre Realisierung ist sehr komplex. Tatsächlich muß ausreichend Leistung in die
Kavität
injiziert werden, diese Leistung muß konstant sein oder einer
bekannten Änderung
folgen, und das erfaßte
Signal darf nicht zu starkes Rauschen aufweisen.
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Um
diese Nachteile zu vermeiden, wurde Erfassungsverfahren durch Reduzierung
der optischen Leistung in einer Resonatorkavität verwendet, welche nach dem
englischen Begriff "cavity
ring-down spectroscopy" mit
dem Ausdruck CRDS bezeichnet werden. Gemäß diesem Verfahren wird der
Laserstrahl in die Kavität
gesandt und danach die Photoneninjektion abrupt gestoppt. Die Photonen
bleiben dann in der Kavität
gefangen, und ihre Intensität nimmt
mit der Zeit exponentiell ab. Wenn die Kavität leer ist, oder bei einer
Wellenlänge,
die keiner Absorptionslinie des in der Kavität enthaltenen Gases entspricht,
weist diese Abnahme eine gegebene Zeitkonstante auf, die im wesentlichen
durch Spiegelverluste bei der betrachteten Wellenlänge bestimmt wird.
Wenn die Kavität
eine chemische Spezies enthält,
die eine Absorptionslinie bei der Wellenlänge der injizierten Photonen
hat, wird diese Zeitkonstante reduziert. Ein Vorteil dieses Verfahrens
ist, daß es Rauschen
aufgrund von Schwankungen der in die Kavität injizierten Intensität vermeidet.
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Um
eine ausreichende Menge Licht in die Resonatorkavität zu injizieren,
wurde ein CRDS-Verfahren
vorgesehen, bei dem die Frequenz eines kontinuierlichen oder Dauerstrich-Halbleiterlasers
durch eine optische Rückkopplung
von der Kavität
gesteuert wird. Ein solches Verfahren ist in der PCT-Anmeldung WO
99/57542 beschrieben. Dieses Verfahren liefert zufriedenstellende
Ergebnisse, die Zeit zur Bestimmung der Absorptionskurve ist jedoch
relativ lang, weil für
jede Messung ein einzelner Punkt der Absorptionskurve berechnet
wird.
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Die
EP-A-1116948 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch
1.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein im wesentlichen flaches oder
geringfügig
ansteigendes Diffraktionsmuster zu erhalten. Diese Aufgabe wird
erfindungsgemäß durch
eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung umfaßt
die Vorrichtung eine Einrichtung zum Grobeinstellen der Wegstrecke
von dem Laser zu der Kavität.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung ist die Einrichtung zum Feineinstellen der Phase der
optischen Rückkopplung
eine Einrichtung zum Festlegen der optischen Wegstrecke zwischen
Laser und Kavität.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung ist die Einrichtung zum Feineinstellen ein Spiegel,
der auf einer piezoelektrischen Keramik angeordnet ist, die in dem
optischen Weg von dem Laser zu der Kavität angeordnet ist.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung ist die Einrichtung zum Einstellen der Kopplungsstärke zwischen
Laser und Kavität
ein optischer Dämpfer, der
das Licht dämpft,
das von der Kavität
zu dem Laser zurückgesandt
wird, zum Beispiel ein Faraday-Element.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung ist der Laser eine Laserdiode.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung ist die Kavität
ein V-förmiger
Typ und umfaßt
einen ersten Spiegel, der gegenüber
der Lasereinfallsrichtung geneigt ist, einen zweiten Spiegel, der
orthogonal zu der Lasereinfallsrichtung ist, und einen dritten Spiegel,
der eine Kavität
mit den ersten zwei Spiegeln bildet.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung ist die Kavität
eine herkömmliche
Zwei-Spiegel-Kavität.
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Die
Erfindung ist auch gerichtet auf ein Verfahren zur Verwendung der
obigen Vorrichtung, das darin besteht, den optischen Weg zwischen
Laser und Kavität
um einen Wert in der Größenordnung
der Laserwellenlänge
zu verändern.
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Die
obigen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der
folgenden Beschreibung bestimmter Ausführungen ohne Beschränkung hierauf in
Verbindung mit den Zeichnungen in weiteren Einzelheiten beschrieben;
wobei
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1 das
grundsätzliche
Diagramm einer Vorrichtung zum Umsetzen des Verfahrens der spektroskopischen
Absorptionsmessung in einer Resonatorkavität zeigt;
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2A und 2B zeigen
jeweils die Transmission einer Resonatorkavität, die eine chemische Spezies
enthält,
die modenweise mit konstanter Intensität angeregt wird, bzw. die Absorptionskurve der
Spezies;
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3A bis 3C zeigen
die frequenzabhängigen
Kurven für
eine Absorptionslinie bzw. einen Laserstrahl bzw. für Longitudinalmoden
einer Kavität;
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4A und 4B zeigen
Kurven, welche die Frequenzverriegelung zwischen einem Laser und einer
Kavität
bei Vorhandensein einer optischen Rückkopplung kennzeichnen;
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5 zeigt
die Form der Kavitätstransmissionskurve,
die für
verschiedene Einstellungen der Kavitätslänge in bezug auf den Abstand
zwischen Laser und Kavität
erhalten wird;
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6 zeigt
für eine
gegebene Distanz zwischen Laser und Kavität den Einfluß einer
kleinen Änderung
(in der Größenordnung
von λ/2)
dieses Abstandes;
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7 zeigt
eine spezifische Ausführung
einer Gaserfassungsvorrichtung;
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8 zeigt
eine andere spezifische Ausführung
einer Gaserfassungsvorrichtung;
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9 zeigt
ein Beispiel eines Spektrums, das erfindungsgemäß für einen eingestellten Abstand
zwischen Laser und Kavität
erhalten wird.
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Bevor
die Erfindung im einzelnen beschrieben wird, soll in Erinnerung
gerufen werden, daß im Bereich
der optischen Spektroskopie bestimmte Begriffe, wie dünne Linie,
Monomoden-System
etc. abhängig
von den Autoren häufig
eine andere Bedeutung haben. Das hier verwendete Vokabular wird
somit in bezug auf die 3A bis 3C spezifiziert.
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3A zeigt
die Intensität
einer Absorptionsline einer Gasspezies abhängig von der Frequenz. Die
Linie hat eine Mittenfrequenz f0 und eine Breite Δf0. In einem
Beispiel hat die Absorptionslinie von Methan bei 1651 nm eine Absorptionslinienbreite Δf0 = 4,4
GHz (was einem Wellenlängenbereich
von 0,04 nm entspricht).
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Ein
Dauerlaserstrahl, wie eine Laserdiode, oder ein anderer Halbleiterlaser
mit einstellbarer Frequenz wird eine Linie f1 mit einer Breite Δf1 emittieren,
wie in 3B gezeigt. Im allgemeinen wird Δf1 wesentlich
kleiner sein als die Breite Δf0
der Absorptionslinie, wobei hier immer dieser Fall betrachtet wird.
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Ferner
kann, wie in 3C gezeigt, eine optische Resonatorkavität gegebener
Länge bei
der einen oder anderen von mehreren Frequenzen oder Longitudinalmoden,
die eine vorgegebene FSR oder Free Spectral Range-Distanz voneinander
entfernt sind, eine Resonanz haben. Um die Erörterung zu vereinfachen, wird
die Frequenz einer Kavitätsmode f2
genannt, wobei von einer Frequenz f2 + kFSR gesprochen werden sollte,
wenn k eine positive oder negative ganze Zahl oder Null ist. Für jede der
Longitudinalmoden ist die mögliche
Resonanzbreite Δf2 sehr
klein, das heißt
klein im Vergleich zur Breite Δf1 der
Laserlinie, die selbst sehr schmal im Vergleich zur Breite Δf0 der Absorptionslinie
ist. Der in der Praxis häufig
auftretende Fall, daß Δf1 kleiner
ist als die FSR-Distanz zwischen Kavitätsmoden, wird im folgenden
betrachtet. FSR kann zum Beispiel gleich 300 MHz sein (ungefähr zehnmal
geringer als die Breite der zu untersuchenden Absorptionslinie).
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Wie
in 3B gezeigt, wird die Leistung der Laserlinie im
Zeitmittel über
Frequenzen verteilt, die der Breite Δf1 entsprechen, und nur die
zufallsbedingte Übereinstimmung
der Frequenzen innerhalb der Breite der Kavitätsmode Δf2 ermöglicht eine Injektion in die
Kavität.
Man erkennt somit, daß die Menge
der in die Kavität
injizierten Photonen im Vergleich zu der Gesamtintensität der Laserlinie
gering ist. Diese Menge schwankt ferner aufgrund von Schwankungen
der Laserfrequenz, und die Messungen werden durch erhebliches Rauschen
beeinflußt. Erfindungsgemäß wird die
Resonatorkavität
als die Quelle einer positiven optischen Rückkopplung bei den Frequenzen
der Resonanzmoden zum Laser genutzt, weil dieser so gewählt wird,
daß er
auf eine optische Rückkopplung
stark anspricht.
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Man
beachte, daß die
Resonatorkavität
hoch reflektierende Spiegel aufweisen muß, beispielsweise Spiegel mit
einem Reflexionskoeffizienten nahe bei 99,998, was einer Feinheit
(Finesse) in der Größenordnung von 150.000 entspricht, um in bezug auf die
Absorptionserfassung effizient zu sein. Wenn also der Laser Licht
auf den Eingangsspiegel 2-1 der Resonatorkavität sendet, wird dieses Licht überwiegend
an den Laser zurückgeschickt.
Dadurch kann der Laser gestört
werden. Deshalb wird in herkömmlichen
Anordnungen ein optischer Isolator zwischen dem Laser und der Kavität eingesetzt.
Im Kontext der Erfindung wird eine Anordnung verwendet, die ein Wellenlängenband
selektiv zu dem Laser zurücksenden
kann, das eine Breite hat, welche der Breite einer Kavitätsmode für eine Resonanzfrequenz
der Kavität entspricht.
Wenn der Laser Energie um die Frequenz f1 (3B) herum
aussendet und die Laserlinie Leistung bei einer Frequenz f2 aufweist,
kommt die Kavität
in die Resonanz, und nur die Wellen, die dieser Resonanzfrequenz
entsprechen, werden zu dem Laser zurückgesandt. Wenn der Laser für eine optische Rückkopplung
sensitiv ist, was beispielsweise bei Halbleiterlasern der Fall ist,
wird die Laserlinie bei der reflektierten Bandbreite dünner und intensiver.
Der Laser sendet somit anstelle eines Strahls der Breite Δf1, der um
die Frequenz f1 zentriert ist, einen intensiven Strahl mit einer
geringeren Breite Δf2,
der um die Frequenz f2 einer Kavitätsmode zentriert ist, wie in 3 gestrichelt dargestellt. Der Laser sendet
somit in die Kavität
nur Photonen mit der gewünschten Frequenz
(eine Resonanzfrequenz der Kavität),
und die Injektion erreicht ihr Optimum. Man kann sagen, daß der Laser
auf eine Kavitätsmode
geregelt wird.
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Man
betrachte eine Laserdiode, wenn ein Rampenstrom angelegt wird, wie
durch die gestrichelte Kurve 40 in 4A gestellt,
wobei die emittierte Wellenlänge λ progressiv
zunehmen kann. Wie gezeigt, wird aufgrund der Kopplung mit der Kavität die Laserfrequenz
für jede
der Eigenfrequenzen oder Frequenzen der Longitudinalmoden der Kavität, f20, f21, f22, f23, ..., die
Laserfrequenz sich auf die betrachtete Frequenz verriegelt. Die
Transmission der Kavität
ist somit im wesentlichen so wie in 4B gezeigt,
das heißt,
die Kavität
sendet für
jede verriegelte Frequenz f20, f21, f22, f23.
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Die
obige Beschreibung bezieht sich auf den Idealfall, bei dem die optische
Rückkopplung
für alle Kavitätsmoden,
welche durch die Laserabtastung abgedeckt werden, optimiert ist.
In der Praxis tritt dieser Fall nicht auf: Die Intensität unterscheidet
sich von einer Mode zur anderen und man beobachtet Instabilitäten.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, Anordnungen für die optische Einrichtung
vorzusehen, die zufriedenstellende Messungen liefern.
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Gemäß einem
ersten Aspekt wird eine Verbesserung der Kopplung zwischen Laser
und Kavität vorgesehen.
Tatsächlich
macht die Wirkung einer optischen Rückkopplung auf einen Laser
dessen Verriegelung auf eine Kavitätsmode extrem stark. Wenn daher
der Laserstrom modifiziert wird, so daß er normalerweise eine Frequenzabtastung
durchführt,
anstatt durch eine optische Rückkopplung
auf nur einem freien Spektral-Teilintervall festgelegt zu bleiben,
wie in 4A gezeigt, kann der Laser während längerer Zeit
verriegelt bleiben, momentan über
einem Intervall, das größer ist
als ein freies Spektralintervall, oder möglicherweise sogar über zwei
oder mehr freie Spektralintervalle, und zwar von einer Mode zur
anderen oder von einer Abtastung zur anderen unregelmäßig. Die
erhaltene Messung ist dann nicht mehr signifikant, weil die Abtastung
der Absorptionskurve nicht mehr regelmäßig ist. Um diesen Nachteil
zu überwinden,
sieht die Erfindung vor, in den Weg zwischen dem Laser und der Kavität ein einstellbares
Dämpfungsglied
einzufügen,
das vorzugsweise nur zum Dämpfen
der Welle aktiv ist, welche von der Kavität zu dem Laser zurückkehrt,
oder allgemeiner der Kopplungsrate zwischen Laser und Kavität. Ein Faraday-Dämpfungsglied
kann beispielsweise dafür
gewählt
werden. Dieses Dämpfungsglied wird
so eingestellt, daß die
Kopplungsrate einen Verriegelungsbereich vorsehen kann, der geringfügig kleiner
ist als das Intervall zwischen den Kavitätsmoden oder ein ganzzahliges
Vielfaches dieses Intervalls.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung haben die Erfinder auch gezeigt, daß ein weiterer
signifikanter Parameter ein zufriedenstellender Abgleich zwischen
der Phase der von dem Laser emittierten Welle und der Phase der
von der Kavität
zurückgesandten
Welle ist.
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5 zeigt
die Welle der Transmission, welche am Ausgang einer Kavität erhalten
wird, wenn die Laserfrequenz über
mehrere Moden dieser Kavität
mit einer optischen Rückkopplung,
wie zuvor beschrieben, abgetastet wird. Der Zustand der Laser-Kavität-Phase
kann durch eine Einstellung der Distanz Lb zwischen
dem Laser und der Kavität
modifiziert werden. Wenn diese Distanz dieselbe Größenordnung
hat wie die Länge
L eines Arms der Kavität
(unter der Annahme einer einzelnen Kavität oder einer Kavität mit zwei
gleichen Armen), wird eine im wesentlichen flache Kurve erhalten.
Wenn diese Distanz gleich 95 % der Länge der Kavität wird,
wird eine Transmissionskurve erhalten, wie die in 5 bei
A gezeigte. Bei 85 % wird eine Kurve erhalten, wie die bei B gezeigte,
und für
70 % wird eine Kurve erhalten, wie die bei C gezeigte. Die anderen
Kurven von 5 sind Zwischenkurven.
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Erfindungsgemäß wird somit
ein Fall betrachtet, bei dem der Abstand zwischen Laser und Kavität gleich
der Länge
der Kavität
oder einem ganzzahligen Vielfachen dieser Länge ist, um eine im wesentlichen
flache (oder geringfügig
ansteigende) Transmissionskurve zu erhalten, so daß alle von
dem Laser abgetasteten Kavitätsmoden
ebenfalls bei dem Transmissionsmaximum angeregt werden. Für richtig gewählte Abstände zwischen
Laser und Kavität
ist es auch möglich,
genau nur eine von zwei Moden anzuregen, oder eine von drei etc.,
wobei jede dieser Moden auch bei dem Transmissionsmaximum angeregt wird
und wiederum eine flache Transmissionskurve erhalten wird; das heißt, der
Abstand zwischen Laser und Kavität
kann ein ganzzahliges Unter-Vielfaches der Kavitätslänge sein (wahrscheinlicher
ein ganzzahliges Vielfaches der Kavitätslänge). Wie im folgenden ausgeführt, kann
auch eine andere Konfiguration vorgesehen werden, um die Distanz
zwischen Laser und Kavität
zu modulieren.
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6 zeigt
oben eine Kurve ähnlich
der von 5C. Die Kavitäts-Transmissionskurve
umfaßt Modengruppen,
für welche
die Intensität
relativ stark ist, die von Modengruppen mit sehr geringer Intensität getrennt
sind.
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Wenn
andererseits zwischen Laser und Kavität in der Größenordnung einer halben Wellenlänge variiert
wird, erfolgt ein allmählicher Übergang
von der auf der oberen Line von 6 gezeigten
Kurve zu der auf der unteren Linie von 6 gezeigten
Kurve. Wenn mehrere Messungen durchgeführt werden und der Abstand
zwischen Laser und Kavität
in einem Bereich größer als λ/2 moduliert
wird, ergibt sich somit im Mittel eine flache Kurve, und es ist
möglich, die
Faktoren in bezug auf die Kavitätsabsorption
zu ermitteln.
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Beispiele
von Gaserfassungseinrichtungen sind in den 7 und 8 gezeigt.
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In 7 ist
der Laser mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Kavität 2 ist
eine V-förmige Kavität mit einem
Eingangsspiegel 6 und Spiegeln 7 und 8,
die im wesentlichen wie gezeigt angeordnet sind, um eine Resonatorkavität zu bilden.
Der von dem Laser ausgesandte direkte Strahl wird von den Spiegeln 11 und 12 zur
Rückseite
des Spiegels 6 und zu dem zweiten Spiegel 7 reflektiert.
Das von dem Spiegel 7 reflektierte Licht wird von der Vorderseite des
Spiegels 6 zum Spiegel 8 reflektiert. Wenn die Kavität nicht
abgestimmt ist, wird der von dem Laser gesandte und die Rückseite
des Spiegels erreichende gesamte Strahl nicht in Richtung des Lasers
zurückgesandt.
Der bei dem Spiegel 7 ankommende direkte Strahl wird zu
dem Spiegel 6 zurückgesandt. Seine
Intensität
am Ausgang des Spiegels 6 ist jedoch extrem gering, weil
er die doppelte Transmissionsdämpfung
des Spiegels 6 erfährt,
und kann als vernachlässigbar
betrachtet werden, solange die Kavität 2 nicht abgestimmt
ist. Die zurückgesandte
Intensität
wird nur dann signifikant, wenn die Resonanzwellenlänge der
Kavität
(f2 in 3C) von dem Laser ausgesandt
wird. Dann ergibt sich ein Rückkopplungsphänomen und
eine Ausdünnung
des Strahls. Dann wird eine maximale Injektion in der Kavität erzeugt.
Ein Photodetektor 15, der zum Beispiel hinter einem der
Spiegel 7 oder 8 angeordnet ist, ermöglicht eine
Untersuchung der Transmissionskurve in bezug auf das Vorhandensein
oder Fehlen einer Absorptionslinie einer Spezies, nach der in der
Kavität
gesucht wird, wie in 2A gezeigt.
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Ein
Faraday-Isolator 20 wird zwischen den Laser und die Kavität eingefügt. In Verbindung
mit einer Laserdiode kann ein einstellbarer Faraday-Isolator geringer
Qualität
und Kosten eine Dämpfungsrate im
Bereich zwischen 1/10 und 1/1000 verwendet werden. Der Laser wird
auf einer Vorrichtung 21 montiert, der seine Einstellung
durch Translation ermöglicht, und
einer der reflektierenden Spiegel, beispielsweise der Spiegel 12,
wird auf einer piezoelektrischen Keramik 22 montiert, um
die Steuerung und auch schließlich
die Modulation eines optischen Weges über einen Bereich in der Größenordnung
einer Wellenlänge
des Lasers zu ermöglichen.
Im Gegensatz zu dem, was in der Zeichnung gezeigt ist, hat die Distanz
Lb zwischen der Rückseite des Spiegels M1 und dem
Laserausgang dieselbe Größenordnung
wie die Länge
L1 eines Kavitätsarms
(unter der Annahme, daß die
zwei Arme dieselbe Länge
haben). Ferner können
verschiedene herkömmliche
Mittel bekannter Einrichtungen des Standes der Technik verwendet werden.
Es können
beispielsweise Teile eingesetzt werden, um Teile des Laserstrahls
in Richtung anderer Photodetektoren oder Einrichtungen einer Bezugszelle
abzulenken, die mit einem Detektor verbunden werden kann, um eine
anfängliche
Einstellung des Lasers zu ermöglichen.
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8 zeigt
ein Beispiel einer alternativen Ausführung einer Gaserfassungseinrichtung,
in der dieselben Elemente wie in 7 mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausführung ist die Resonatorkavität 2 eine
herkömmliche
Kavität, die
aus zwei gegenüberliegenden
Spiegeln 6' und 7' gebildet ist,
und ein Polarisations-Isolator ist zwischen dem Laser und der Kavität angeordnet,
um die Rückkehr
einer direkten Reflexion auf der Rückseite des Eingangsspiegels
zum Laser zu verhindern und um eine Strahlung zu dem Laser zu übertragen,
die eine Resonanz in der Kavität
erfahren hat, deren Polarisation im Laufe der mehrfachen Vor- oder
Rückläufe modifiziert
wurde.
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Andere
Elemente, wie eine Linse L, werden in der Vorrichtung vorzugsweise
ebenfalls vorgesehen, um die Transversalmoden des Lasers und der Kavität einzustellen.
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9 zeigt
ein Beispiel der Transmission einer Kavität gemäß der Erfindung, welche Wasserdampf
enthält,
für eine
optimale Einstellung des Abstands zwischen Lasers und Kavität. Man sollte
beachten, daß die
Intensität
der Moden im wesentlichen konstant ist (tatsächlich regelmäßig zunehmend),
außer
an den Stellen, an denen die Wasserdampf-Absorptionslinien auftreten.
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Einfluß der transversalen
Moden in der Kavität
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In
der obigen Beschreibung und spezieller in 3C wurde
die Kavität
mit Resonanzmoden bei Frequenzen f2 gezeigt, die voneinander durch
ein Intervall getrennt sind, das gleich dem freien Spektralbereich
FSR der Kavität
ist. Dies war eine Vereinfachung. Tatsächlich wird die Kavität bei mehreren elektromagnetischen
Transversalmoden (TEM) in die Resonanz kommen, die im allgemeinen
mit TEMij bezeichnet sind.
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Um
den Einfluß dieser
Lateralmoden zu vermeiden, kann man, wie dies in der Patentanmeldung PCT
WO 99/47542 beschrieben ist, eine Kavität wählen, die so eingestellt ist,
daß sie
bei einer Mode in der Nähe
einer degenerierten Mode arbeitet, wobei die sekundären Transversalmoden
alle auf einer Seite einer entsprechenden Haupt-Transversalmode
zusammengefaßt
werden und der Laser eine Abtastung in Richtung der Seite ausführt, die
der Seite gegenüberliegt,
wo die sekundären
Lateralmoden zusammengefaßt
sind.
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Selbstverständlich kann
die Erfindung zahlreiche Abweichungen, Modifikationen und Verbesserungen
erfahren, die sich dem Fachmann ergeben. Insbesondere können verschiedene
Arten von Kavitäten
und verschiedene Analysesysteme sowie verschiedene Arten der Steuerung
der Intensität
und der Rückkopplungsphase
verwendet werden. Kavitäten mit
zwei konfokalen Spiegel oder Kavitäten mit mehr als drei Spiegeln
können
beispielsweise verwendet werden. Die Beziehung zwischen dem Abstand
von Laser und Kavität
und der Länge
der Kavitätsarme wird
entsprechend gewählt.
Temperaturregelsysteme können
ebenfalls vorgesehen werden, insbesondere um die Kavität und die
Faraday-Zelle zu stabilisieren.