La importancia de nuestro protocolo es que reduce el límite de detección haciendo posible el estudio de las concentraciones de especies menores que otros métodos no pueden alcanzar. La principal ventaja de esta técnica es la adición del módulo upconversion que elude gran parte del ruido de fondo. Trabaje con la configuración de upconversion utilizada en el proceso de detección.
Comience por exponer los elementos internos de la configuración. Un diodo láser y cristal producen un haz de 1064 nanómetros. Una serie de espejos dirige este haz a través de un cristal PPLN, y detrás.
Un haz de infrarrojo medio desde el exterior también pasa a través del cristal. Los dos haces producen una señal convertida que sale del cristal PPLN y va a un detector. Este esquema proporciona una visión general de la configuración.
El cristal utilizado con el diodo láser es neodiamond ytterbium orthovanadate. Los símbolos U1 a U7 son espejos que se reflejan altamente a 1064 nanómetros. Los espejos U1 a U5 son altamente transmisivos en la longitud de onda del diodo láser.
El espejo U6 es transmisivo en el rango de la señal convertida. Mirror U7 es transmisivo para la señal de infrarrojo medio. El espejo U3 tiene un radio de curvatura de 200 mm.
Los otros espejos son planos. Utilice un espejo plano en un soporte cómico para establecer una cavidad de alineación. Coloque el espejo delante del medio láser para que sirva como espejo final.
Gire el ángulo del soporte a posiciones extremas tanto en las direcciones horizontal como vertical. A continuación, coloque una tarjeta de haz sensible al infrarrojo delante del espejo U2. También retire el cristal PPLN de su montura. La disposición se representa en este esquema.
El espejo final se denota por UH. Arranque el diodo láser en aproximadamente un tercio de su salida máxima. Alinee la cavidad, repita los siguientes pasos. Cambie el ángulo del espejo final, positivo 2 grados en la dirección horizontal.
A continuación, barre el ángulo vertical del espejo de un extremo al otro. Al hacer esto, observe la tarjeta infrarroja para un haz de la cavidad de alineación. En algún ángulo horizontal del espejo final, durante un barrido del ángulo vertical, la cavidad comenzará a lazing, que se puede ver en la tarjeta infrarroja.
Cuando la cavidad está encorrándose, alterna entre ajustar el ángulo del espejo para lograr una mayor potencia y reducir la corriente de accionamiento. Al final, tenga la potencia para que el haz que sale del espejo sea fácilmente visible con la tarjeta IR. Ahora, quita la tarjeta infrarroja y comienza a ajustar el espejo que estaba detrás de ella, U2. Ajuste el espejo para que la viga de alineación se refleje desde su centro hasta el centro del espejo U3. Ajuste el ángulo del espejo U3 para que la viga continúe centrada a lo largo de la trayectoria deseada para reflejar U7. Asegúrese de que la viga pase a través del soporte PPLN a la altura adecuada y que sea perpendicular a la superficie del cristal.
A continuación, retire la ventana de germanio y coloque una tarjeta infrarroja detrás de U7. En esta posición, la tarjeta IR se fluorará debido a que un haz IR sale de la cavidad. Ahora ajuste el ángulo de U7 para reflejar a lo largo de la trayectoria de la viga de alineación. Supervise la tarjeta infrarroja para el haz transmitido y ajuste el ángulo del espejo para maximizar la salida.
Continúe montando el cristal PPLN en el soporte para que la viga pase a través de uno de sus canales. Compruebe que la viga sigue siendo visible en la tarjeta IR. Si es así, ajuste U7 para maximizar la salida antes de continuar.
En este punto, apague el diodo láser y retire el espejo final. Conecte un filtro de paso de 750 nanómetros de largo en la entrada a la configuración de conversión alta. Coloque un medidor de potencia detrás del filtro.
Con el diodo láser a plena potencia, ajuste el ángulo de U2 y U7 para maximizar la potencia. A continuación, reemplace el medidor de potencia con una tarjeta infrarroja de alta potencia. Con la tarjeta, comprueba que la cavidad se está ejecutando en modo gallego fundamental.
Ajuste el espejo U7 según sea necesario. Cuando haya terminado, retire el filtro y vuelva a conectar la ventana de germanio. Pase para alinear la configuración de mezcla de cuatro ondas degenerada infrarrojas.
La configuración incluye un láser de pulso, un láser de neón de helio, así como espejos, y lentes, para dirigir los haces a la entrada del detector de conversión alta montado. La configuración inicial se representa en este esquema. El láser de neón de helio proporciona un haz guía.
Utilice los espejos M3 y M4 para alinear el haz guía con la lente L1. Ajuste los espejos para que el haz golpee la lente L1 en su centro. Inserte una placa de vagones entre el espejo M4 y la lente L1. Colóquelo en un ángulo vertical de 45 grados desde la viga horizontal. Asegúrese de que la disposición produce dos haces de salida.
Inserte una segunda placa de vagones después de la primera. Tenerlo en un ángulo horizontal de 45 grados desde las vigas de salida. Asegúrese de que su salida tenga cuatro haces.
A continuación, ajuste los ángulos de las placas de los vagones a las cuatro vigas de salida que forman las esquinas de un cuadrado. Ajuste la lente L1 hasta que las vigas estén igualmente espaciadas alrededor de su centro. Ahora, coloca un iris en el camino de las vigas.
Coloque el iris para bloquear tres haces de bomba y permitir que el haz de señal pase a través. Este esquema representa el estado del sistema en este momento. Los siguientes pasos implicarán la lente L2, y los espejos M5 y M6. Para colisionar el haz, alinee la lente L2 utilizando la distancia focal de la longitud de onda del láser de pulso.
A continuación, coloque los espejos M5 y M6 para que la viga guía se dirija a la ventana de entrada del detector de conexión vertical donde se debe centrar la viga. Coloque la lente L3 a una distancia óptica de una distancia focal desde el centro del cristal PPLN. Retire la ventana de germanio del detector para continuar.
Esto permite que el haz de 1064 nanómetros salga del módulo de conexión. A continuación, comience a usar el espejo M6 para mover el haz desde el detector y lléándolo al haz de señal para que se superpongan en la lente L2. Alternar esto con el uso del espejo M5 para mover el haz guía en el haz de 1064 nanómetros en L3. Deténgase cuando el haz de 1064 nanómetros, y el haz guía, sigan el mismo camino. Vuelva a conectar la ventana de germanio al módulo de alta versión.
A continuación, coloque varios filtros de densidad neutra delante del detector para protegerlo del láser de pulso. Encienda el láser de pulso y asegúrese de que se superponga con el haz guía. Ahora, coloque el flujo de gas o la llama que se medirá en el punto focal de la lente L1. Esta medición implicará el flujo de metano diluido en nitrógeno.
Compruebe que la señal es visible en el detector. Ajuste los filtros de densidad neutra según sea necesario. Si hay una señal, maximice su intensidad media ajustando los espejos M5 y M6. Continúe bloqueando el haz de señal con un bloque de haz en una etapa de traducción.
A continuación, retire los filtros de densidad neutra que están antes del detector. Inicialmente, puede haber una señal debido a la luz dispersa en el detector. Con la etapa de traslación, ajuste la posición del bloque de viga para reducir esta dispersión.
Proceda cuando la señal debida a la dispersión de la luz se haya reducido tanto como sea posible. El siguiente paso es encender el flujo de gas para que las mediciones puedan comenzar. A continuación, recopile datos activando correctamente el detector de conexión al alzado con el láser de pulso y escaneando el rango de longitud de onda de interés.
Estos datos son para cinco concentraciones diferentes de cianuro de hidrógeno en gas nitrógeno. Cada punto representa el promedio de tres escaneos en cada concentración. El pico central es la línea P20 de la banda vibratoria NU1 de cianuro de hidrógeno.
Aquí los puntos son los valores máximos medidos en función de la concentración. La línea de guión es un ajuste al polinomio de segundo grado. Es este caso, los datos muestran cinco escaneos consecutivos de una llama premezclada.
Cada escaneo abarca alrededor de 65 segundos y cubre el mismo rango de número de onda. El cambio en la intensidad de escaneo a escaneo es porque el modo de pulso láser y la energía no son estables. Ningún paso es el más importante, pero si las mediciones deben ser comparables, la alineación debe tener la misma posición de altura cada vez.
Aprender a alinear esta configuración por prueba y error perdería mucho tiempo, por lo que quería demostrar el proceso para que la gente pudiera evitar los escollos. La introducción del módulo de upconversion nos hizo posible detectar la liberación de la especie menor de cianuro de hidrógeno de la gasificación de pequeños pellets. Este protocolo incluye el uso de láseres de clase cuatro, y potencialmente el uso de gases inflamables, y siempre se deben seguir las medidas de seguridad adecuadas.
