SU1239558A1 - Абсорбционный спектрометр - Google Patents
Абсорбционный спектрометр Download PDFInfo
- Publication number
- SU1239558A1 SU1239558A1 SU843798612A SU3798612A SU1239558A1 SU 1239558 A1 SU1239558 A1 SU 1239558A1 SU 843798612 A SU843798612 A SU 843798612A SU 3798612 A SU3798612 A SU 3798612A SU 1239558 A1 SU1239558 A1 SU 1239558A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- radiation
- laser
- nonlinear
- additionally introduced
- probe
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
Изобретение относитс к абсорбционному атомному и молекул рному спектральному анализу и может быть использовано в различных отрасл х науки, техники и производства, где требуетс высркал чувствительность спектральных измерений.
Целью изобретени вл етс повышение чувствительности анализа.
На чертеже приведена оптическа схема абсорбционного спектрометра.
Абсорбционный cneKTpoMiETp содержи лазер-гетеродин с активньш элементом 1 и дополнительно введенный ла- |зер с активным элементом 2. На общем участке резонаторов обоих лазеров последовательно ho ходу .излучени со стороны актгивных злементов 1 и 2 размещены светрделитель 3 нелиней- ный преобразователь 4 частоты, фазова пластинка 5 и светоделитель 6. За светоделителем 6 на пути зондирующего излучени , сформированного нели нейным преобразователем 4, расположена рабоча кювета 7 и отражатель 8 с максимальным коэффициентом отражени на частотах зондирующего излучени . Отражатель 9 установлен за светоделителем 6 на пути излзгчени обоих лазеров. Отражатели tO и IT ограничивают резонаторы Лазера-гетеродина и дополнительно введенного лазера со стороны активных элементов 1 и 2. Средство регистрации и анализа излучени по спектру (не показано ) расположено за выходным зеркалом дополнительно введенного лазера.
Устройство работает следуннцда образом.
Излучени на .частотах лазера| гете родина Vf и дополнительно введенного лазера У генерируютс s активных элементах 1 и 2 соответственно и затем совмещаютс с помощью светоделител 3 внутри нелинейного гфеобраэо- вател ,4 частоты. В нелинейном преобразователе 4 осзпчествл етс преобразование излучени допол1штельно . введенного лазера в зондиру щее излучение с частотами v, . Пройд , далее через фазовую пластинку 5, все три излучени попадают на светоделитель 6, который направл ет зондирующее излучение в рабочую кювету 7.
Зондирующее.излучение проходит через рабочую кювету 7, отражаетс от отражател 8 и возвращаетс в нели-г нейный преобразователь 4 частоты.
где с помощью светоделител 6 совмещаетс с отраженными от отражател 9 излучени ми обоих лазеров. Фазова пластинка 5, через которую
в пр мом и обратном направлении- про- . ход т все три излучени , обеспечивает изменение обобщенной фазы процесса нелинейного преобразовани дл обратного прохода через преобразователь 4 по сравнению1с пр мым проходом HartiTT , где нечетное, так что при обратном проходе происходит преобразование зондирующего излучени в излучение на частотах до-;
полнительно введенного лазера.
Таким образом, -зондирующее излучение генерируетс за счет смещени излучений дополнительно введенного лазера и лазера-гетеродина в нелинейном преобразователе 4 частоты , а затем обратно преобразуетс в излучение на частоте дополнительно введенного лазера. Если при этом в рабочей кювете 7 на какой-то насто те зондирукицего излучени имеет место поглощение, то интенсивность излучени на соответствзтеицей частоте дополнительно введенного лазера, : возвращающегос в его активный элемент , будет уменьшена по.сравненшо с интенсивностью излучени на частотах , где зондирующее излучение проходит через кювету 7 без поглощени . Таким образом, излучение дополнительно введенного лазера имеет на частотах, соответствук щх лини м поглощени , большие потери, что приводит к тому, что в спектре
генера(ии дополнительно введенного лазера, регистрируемом Средством регистрации и анализа излучени по спектру, на частотах, соответствующих лини м поглощени , образуютс
„ За -3( а)
провалы глубиной
где
5. о - интенсивность в окрестности провала; 3(Vg) - интенсивность на частоте -ig дополнительно введенного лазера, соответствукмцей. линии поглощени . Зависимость глубины провала от коэффициента поглощени определ етс типом дополнительно введенного лазера (с неоднородно или однородно уширенной полосой усилени , импульсный или непрерьшного действи ). Например , дл лазера с однородно уши- ренным контуром усилени , работающего в стационарном режиме, глубина провала
1
.0 )Д )Д
Jo
(л) 2/3
(1)
1239558 , 4
спектра усилени активной среды; Хд - величина накачки, вьфаженна в числе порогов; Ро - коэффициент не- селективных потерь в резонаторе; 5 f ((j) коэффициент селективных, обусловленных поглощением потерь на
где Г/(1-1/х„) , h- показа-частоте Vj дополнительно введенного
тёль преломлени , усредненный полазера; Р (V,, ) св зан с коэффициентом
длине L , где L - рассто ние между ;поглощени .«„.(з) на соответствующей
отражателем 11 и нелинейным преобра- 0частоте Vj зондирующего излучени
зователем 4 частоты; Г - полуширина .следующим образом
ni )- г г р;°° д: - -р; F- 1, J5;.sle,i-.,,.
где tf, - длина рабочей кюветы;
Е, - длина нелинейного преобразовател 4 частоты
Г l llllltr l
; ,.-
где «1 - нелинейный коэффициент вто ро- го пор дка;Р - внутрирезонаторна мощность излучени на частоте лазера-гетеродина; С - скорость света; J г коэффициенты отра- жени отражател 9 на частотах дополнительно введенного лазера и лазера- гетеродина соответственно; R - коэффициент отражени отражател 8 на частоте зондирующего излут1ени .
В наиболее простом варианте исполнени абсорбционного спектрометра лазер-гетеродин и дополнительно введенный лазер генерирзтот излуче- ние различных пол ризаций ч в качестве светоделител 3 служит пол ризационна призма. Дл того, чтобы светоделитель 6 отражал зондирующее излучение в направлении рабочей кюг веты 7 и пропускал излучени обоих лазеров в направлении отражател 9, он должен быть выполнен в веде зеркала со.специальным покрытием. Если вещества, содержащиес в рабочей кювете 7, не поглощают на частотах лазера-гетеродина и дополнительно введенного лазера, светоделитель 6 может быть выполнен в виде пол риза- 1ЩОННОЙ призмы. В этом случае светоделитель 6 нащ авл ет излучение па зера-гетеродина на отражатель 8, а излучение дополнительно введенного лазера проходит в направлении отражател 9. Если зондирующее излучение имеет ту же пол ризацию, что и излучение
а
(1)
1239558 , 4
спектра усилени активной среды; Хд - величина накачки, вьфаженна в числе порогов; Ро - коэффициент не- селективных потерь в резонаторе; 5 f ((j) коэффициент селективных, обусловленных поглощением потерь на
каза-частоте Vj дополнительно введенного
2)
лазера-гетеродина, рабоча кювета 7 . долЕ|сна быть установлена между светоделителем б и отражателем 8, который имеет максимальный коэффициент отражени на частотах зондирующего излучени . Если пол ризаци зондирукщего излзгчени совпадает с . пол ризацией дополнительно введенного лазера, отражателем с максимальным коэффициентом отражени на -частотах зондирующего излучени должен быть отражатель 9 и рабоча кювета 7 должна быть установлена между светоделителем 6 и отражателем 9.
Спектральный состав зондирующего излучени определ етс спектром генерации , обоих лазеров и видом нелинейного преобразовател частоты, причем частота зондирукщего излучени может перестраиватьс ,если использовать в качестве дополнительно введенного, лазера перестраиваемый лазер , например лазер на красителе, и осуществл ть перестройку синхронизма в нелинейном преобразователе частоты.
, Пример. Рассмотрим абсорбционный сйектрометр, в котором в качестве лазера-гетеродина служит рубиновый лазер (,694 мкм), рабо- такнций в режиме свободной генерации, и дополнительно введен лазер на красителе родамин 6Ж в этаноле с ламповой накачкой (диапазон перестройки ,57-0,62 мкм). Полоса усилени раствора органического красител однородно уширена и дл него справедливы формулы (1 и 2), Дл осуществлени высокочувствительных спектральных измерений в ИК-области спектра нелинейный преобразователь 4 частоты выполнен из кристалла LiJOj с углом
фазового синхронизма 0gj 21 , Измен путем поворота кристалла угол 9е- в пределах 22,6-20,15, имеем
еоо
зондирующее излучение, перестраивае-
мое в диапазоне Л3 3,2-5,8 мкм. В этот диапазон по падает, в частности, р д линий газов, загр зн ющих атмосферу: СО (4,7 мкм), N0 (5,3 мкм), (3,6 мкм), СН (3,4 мем). Фазо- ва пластинка 5 изготовлена из BaF, прозрачного в области О,J5-15 мкм. При использовании фазовой пластинки 5 толщиной 5 мм изменение угла наклона пластинки от О до 8,7 обес- печивает- изменение обобщенной фазы в пластинке на произвольную величину в пределах от О доТГ . Положение, пластинки 5, при котором глубина провала в спектре максимальна, .соответствует изменению обобщенной фазы перед обратным проходом по сравнению с пр мым.проходом на inTr, где нечетное , В качестве светоделител 3 служит пол ризационна призма Рлана изготовленна из CaCO.j (прозрачен в области 0,2-2 мкм), в качестве светод;елител 6 - зеркало из германи с интерферейхщонным покрытием, пропускающее излзп1ение лазера на красителе и рубинового лазера и отражающее в направлении рабочей кюветы зондирующее излучение. Отралка- .тель 9 имеет максимальный коэффтда- ент отражени на частотах л4зера на кристалле и рубинового лазера, отра- жатель 8 - макс1едальный коэф шщент отражени на частотах зовдирующего излучени (Rg«l, ,997). Отражатель 10 отражает 99j7% излучений ру- бИнового лазера, отражатель. 11 cjiy- лит выходным зеркалом лазедайа краеител ей имеет коэффициент отражашш 45%
. П р и м е р 2. Дл осуществлени высокочувствительшлх спектральных измерений в УФ-области сиектра в дополнительно введенном лазере используетс краситель - оксаз н t в дйхлорметане (,74 мкм); а ае- линейный преобразователь. 4 частоты выполнен из кристалла КДР с углом фазового синхронизма ©ев« . При использовании в качестве лазера- гетеродина рубинового лазера длина волны зондирующего в этом случае А ,358 мкм,
В окрестности этой длины волны расположены, в частности, линии
атомарного 357,87 и 359,35 нм. Фазовую пластинку 5 изготавливают из плавленного кварца SiOj. Изменение обобщенной фазы в пластинке на произвольную величину от О до IT обеспечиваетс в этом случае при изменении угла наклона пластинки толщиной 5 мм от О до 3,3°.
Основным достоинством предлагаемого абсорбционного спектрометра по сравнению с известным вл етс увели- чёние чувствительности к слабым поглощени м . В табл. 1 и 2 приведены значени относительной глубины провала в спектре дополнительно введе1йного лазера при оптической толщине рабочей к юветы на частоте линии, погло- щени К„ (V )Г„ 10.дл примеров 1 и 2 соответственно при длине,нелинейного кристалла 4 см и различных значени х мощности излучени лазера- гетеродина Р в резонаторе при следующих параметрах лазера на красителе: L 50 см, г 2000 см , 6 1, 1, ,1. .
С другой стороны, в известном устройстве согласно формуле (1) при оп- тической толп5ине рабочей кюветы K(V)6jj 10 относительна глубина
провала
3(V)
:а,
10-. Таким обра
зом, из табл. 1 и 2 видно, что ис- ; пользование предлагаемого изобретени позвол ет повысить чувствительность, на 1-3 пор дка. Меньпшй выигрьш в чувствительности в примере 2 обусловлен тем, что нелинейный коэффициент cj в кристалле КДР на-пор док ниже,, чем в LinOj, и, следовательно, в КЦР ниже КПД нелинейного преобразовани . Нар. ду с повышением .чувствительности в предлагаемом абсорбционном спектрометре нелинейный преобразователь частоты оказываетс размещен - ; ным в резонаторе лазера-гетеродина и за счет этого увеличиваетс КПД преобразовани зондирующего излуче- ни в излучение дополнительно введенного лазера, непосредств.енно анализируемое с помощью средств регистрации и энализа по спектру. В результате в предлагаемом .спектрометре плотность мощности излучени , попадающего на средство регистрации и анализа излучени по спектру, в 10-100 раз вьше, чем в известном спектрометре, если в качестве источ7 1239558. 8
ника зондирукицего излучени в извест-ретение дает выиграш по мощности еще ном устройстве использовать источникв 100 раз. Повьшение мощности анали- типа лазерного например генераторзируемого излучени позвол ет полуразностной частоты. Если в известномчать спектр с более высоким разреше- устройстве в качестве источника зон- нием и лучшим отношением сигнала к дирукнцего излучени используетс тепловой источник, то предлагаемое изобшуму , чем ройства.
известного устретение дает выиграш по мощности еще в 100 раз. Повьшение мощности анали- зируемого излучени позвол ет получать спектр с более высоким разреше- нием и лучшим отношением сигнала к
шуму, чем ройства.
известного устТ а блица 1
Таблица 2
ft
Редактор В. Иванова Заказ 3387/41
Составитель О. Матвеев
Техред И, Попович Корректор Г Решетник
Тираж. 778Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР
по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб,, д. 4/5
Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4
Ю
Claims (3)
1. АБСОРБЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР, содержащий источник зондирующего излучения, лазер-гетеродин, нелинейный преобразователь частоты излучения, рабочую кювету и средство регистрации спектрального состава излучения, отличающийся ι тем, что, с целью повышения чувствительности анализа, дополнительно введен лазер, резонатор которого имеет с резонатором лазера-гетеродина общий участок, на котором оптические . оси резонаторов обоих лазеров совмещены, и по одну сторону общего участка размещены активные элементы этих лазеров, по другую его сторону йа пути зондирующего излучения расположена рабочая кювета, за которой ус тановлен отражатель с максимальным коэффициентом отражения на частотах зондирующего излучения, причем общий участок резонаторов обоих лазеров ограничен двумя светоделителями, между которыми расположены последовательно по ходу излучения со стороны активных элементов источник зондирующего излучения, ^выполненный в виде нелинейного преобразователя частоты излучения, и фазовая пластицка, а средство регистрации спектрального состава излучения размещено эд выходным зеркалом дополнительно введен ного лазера.
2. Спектрометр по п.1, о т л ич ающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности в ИК-об-’ ласти спектра, нелинейный преобразователь частоты выполнен с углом фазового синхронизма, соответствующим генерации зондирующего излучения с частотой, равной разности частот Излучений лазера-гетеродина и дополни-. тельно введенного лазера.
3. Спектрометр по π.1, о т л и ч ающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности в УФ-области спектра, нелинейный преобразователь частоты выполнен с углом фазового синхронизма, соответствующим ко со с© СП СП 00 генерации зондирующего излучения с частотой, равной сумме частот излучений лазера-гетеродина и дополнительно введенного лазера.
f
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU843798612A SU1239558A1 (ru) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | Абсорбционный спектрометр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU843798612A SU1239558A1 (ru) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | Абсорбционный спектрометр |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1239558A1 true SU1239558A1 (ru) | 1986-06-23 |
Family
ID=21141487
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU843798612A SU1239558A1 (ru) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | Абсорбционный спектрометр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1239558A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000040949A1 (fr) * | 1999-01-06 | 2000-07-13 | Georgy Georgevich Tertyshny | Procede d'analyse d'objets physiques et dispositif de mise en oeuvre de ce procede |
-
1984
- 1984-10-05 SU SU843798612A patent/SU1239558A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Беликова Т.П., Свщ иденков Э.А. Сучков А.Ф. Исследование слабых линий поглощени и усилени некоторых газов методом селективных потерь в резонаторе ОКГ. - Квантова электр о- ника, 1974, т. I, № 4, с. 830-834. Авторское свидетельство СССР № 790969, кл. G 01 N 21/39, 1979. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000040949A1 (fr) * | 1999-01-06 | 2000-07-13 | Georgy Georgevich Tertyshny | Procede d'analyse d'objets physiques et dispositif de mise en oeuvre de ce procede |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10928313B2 (en) | Optical absorption spectroscopy based gas analyzer systems and methods | |
US9200959B2 (en) | Terahertz sensing system and method | |
JP3950818B2 (ja) | 反射型テラヘルツ分光測定装置及び測定方法 | |
Gherman et al. | Mode–locked cavity–enhanced absorption spectroscopy | |
US7433043B2 (en) | Two-dimensional spectral shearing interferometry for ultrafast pulse characterization | |
WO2015038561A1 (en) | Cavity-enhanced frequency comb spectroscopy system employing a prism cavity | |
US11313760B2 (en) | Device and method for measuring transmittance curve of Fabry-Parot using whispering gallery mode laser source | |
CN109060150B (zh) | 基于光谱干涉的超短脉冲时间宽度测量装置和方法 | |
Petersen et al. | New frequency measurements and laser lines of optically pumped 12 CH 3 OH | |
JP2698314B2 (ja) | 光学式ガス分析装置 | |
SU1239558A1 (ru) | Абсорбционный спектрометр | |
Mariella | The isotope shift in the 22P states of lithium and spatially resolved laser‐induced fluorescence | |
CN115561195A (zh) | 一种单腔双梳光源及基于单腔双梳光源的气体检测系统 | |
Nenchev et al. | Alternate wavelength DIAL dye laser using a reflecting interference wedge | |
US7091506B2 (en) | Semiconductor surface-field emitter for T-ray generation | |
Sorokin | Ultrabroadband solid-state lasers in trace gas sensing | |
CN220306703U (zh) | 中红外光产生系统及激光器 | |
JPS62203024A (ja) | フアブリ・ペロ−分光装置 | |
Johnson | Ronald Belcher Memorial Lecture. Trace gas detection using infrared lasers | |
SU685021A1 (ru) | Лидар дл зондировани атмосферы | |
SU1447053A1 (ru) | Устройство дл измерени поглощени вещества | |
RU2227303C2 (ru) | Лазерный доплеровский измеритель | |
CN117039601A (zh) | 中红外光产生系统、激光器及中红外光产生方法 | |
CN115524302A (zh) | 一种基于单腔双梳光源的气体检测方法 | |
CN110530610A (zh) | 利用回音壁模式的激光光源测fp偏振特性的装置及方法 |