Высокоскоростной мониторинг нескольких газов

введение

Двойной гребенчатый спектр является мощной технологией, которая широко используется в различных практических применениях. Он играет важную роль в мониторинге окружающей среды, контроле промышленных процессов, атмосферных исследованиях, анализе сжигания и многих других областях. Измеряя взаимодействие между молекулами света и газа, спектроскопия дает ценное представление о составе, концентрации и других свойствах газа.

Широкополосные методы, такие как спектр преобразования Фурье, обычно используются в газовом спектре. Спектроскопический метод преобразования Фурье использует интерферометр для измерения отношения интенсивности света к длине волны. Этот метод захватывает весь спектр одновременно, что позволяет анализировать несколько газов в одном измерении.

Основная проблема: оптическое замедленное сканирование в спектральном методе преобразования Фурье

Традиционный спектр преобразования Фурье сталкивается с трудностями в достижении высокого разрешения и быстрой скорости обновления. Спектральное разрешение ограничено разницей в длине плеча интерферометра, что может потребовать нереалистичных различий в пути задержки света. Кроме того, механические механизмы сканирования, используемые в спектре преобразования Фурье, обычно ограничивают скорость, чувствительность и надежность. Эти ограничения стимулируют спрос на альтернативные методы, которые могут преодолеть эти проблемы и обеспечить более высокую производительность в газовых спектральных приложениях.

спектр двойной гребенки

Спектроскопический метод двойной гребенки - отличная технология, которая использует частотную гребенкуС отличиемХарактеристики для достижения спектра газа с высоким разрешением со скоростью быстрого обновления. В отличие от традиционных спектральных методов, спектр двойной гребенки не зависит от механического сканирования или перемещения компонентов. Вместо этого он использует две точно контролируемые частотные гребенки для получения стабильных и когерентных интерферометрических изображений времени, из которых спектральная информация может быть получена с помощью простого преобразования Фурье.

Кроме того, спектр двойной гребенки обеспечивает быструю скорость обновления, что позволяет контролировать образцы газа в режиме реального времени и непрерывно. Использование простых фотодиодов позволяет быстро захватывать весь спектр газа без механического сканирования и высокоскоростного сбора данных. Эта скорость быстрого обновления особенно ценна для динамического газового анализа и управления процессами, которые имеют решающее значение для измерения в реальном времени.

Диаграмма параметров оптической задержки сканирования в системе THz - TDS, управляемой однополостным лазером с двумя гребенками. Оптический отсроченный сканер длиной 1 / frep повторяется каждые 1 / дельта frep по двум гребенчатым частотам повторения frep

спектр двойной гребенки с использованием однополостного лазера с двойной гребенкой

В области двойной гребенчатой спектроскопии однополостные лазеры с двойной гребенкой обеспечивают особый метод для газового анализа с высоким разрешением. Однако в однополостной конфигурации, поскольку две световые гребенки обычно работают свободно, время когерентности между ними ограничено, что создает общую проблему.

Для решения этой проблемы используются две основные стратегии: быстрое измерение или дополнительные шаги обработки для достижения долгосрочного усреднения когерентности. В случае быстрых измерений сбор данных должен осуществляться на высокой скорости, чтобы получить необходимую информацию в течение ограниченного когерентного времени. Этот метод позволяет анализировать образцы газа в режиме реального времени, но может ограничивать некоторые виды применения.

В качестве альтернативы, в однополостной двухлучевой спектроскопии могут использоваться дополнительные этапы обработки для достижения долгосрочного усреднения когерентности. Одним из способов является введение вспомогательного лазера непрерывной волны (cw) для отслеживания изменений относительной фазы между световыми гребенками. Этот вспомогательный лазер служит эталоном для когерентного усреднения и обеспечивает долгосрочное стабильное измерение без внешней стабильной электроники.

Другая технология заключается в том, чтобы заставить световой гребень работать с более высокой частотой повторения, что позволяет самогармонизировать относительную фазовую выборку света. В этом случае результаты измерений разрешения гребенчатой линии могут быть получены в течение неограниченного времени измерения. Этот метод не требует стабилизации электронных устройств и в то же время обеспечивает точный анализ газа.

Обе стратегии расширяют возможности однополостной двухлучевой спектроскопии, что позволяет проводить измерения газа с высоким разрешением в течение более длительного периода времени. Однополостные лазеры с двойной гребенкой могут получать результаты измерений разрешения гребенчатой линии без зависимости от стабильной электроники, обеспечивая более простое и практичное решение для применения в газовых датчиках и управлении процессами.

Преимущества K2 Photonics в спектре преобразования Фурье с высоким разрешением

• Скорость сканирования

Однополостный лазер с двойной гребенкой может выполнять измерения с высоким разрешением с отличной скоростью обновления до 100 кГц, а в особых случаях даже близко к 1 МГц.

• Высокая точность

Двойной гребенчатый спектр обеспечивает более высокое разрешение измерений и позволяет точно отобрать характеристики поглощения газа. Система K2 - 1000 обеспечивает превосходное разрешение 1 ГГц и идеально подходит для газочувствительности в условиях окружающего воздуха.

• Малый размер

Нет необходимости в длинных и сложных механических линиях задержки, что значительно упрощает реализацию высокопроизводительных спектральных настроек преобразования Фурье.

• Высокая чувствительность

Твердотельные лазеры с запирающим модулем генерируют лазеры со сверхнизким уровнем шума (RIN и Time) на высоких частотах, что позволяет проводить измерения с высокой чувствительностью и ограниченным шумом сыпучих частиц.