我々のプロトコルの重要性は、他の方法では到達できないマイナー種の濃度を研究することを可能にする検出限界を下げることである。この技術の主な利点は、バックグラウンドノイズの多くを回避するアップコンバージョンモジュールの追加です。検出プロセスで使用されるアップコンバージョンのセットアップを使用します。
まず、セットアップ内の内部要素を公開します。レーザーダイオードと結晶は1064ナノメートルのビームを生成します。一連のミラーはPPLNの水晶を通してこのビームを導き、そして後ろに向ける。
外からの中赤外線ビームも結晶を通過します。2つのビームはPPLNの水晶を出て探知器に行く転換された信号を作り出す。この図式では、セットアップの概要を説明します。
レーザーダイオードと共に使用される結晶は、ネオダイヤモンドイッテルビウムオルソバナデートです。U1からU7までのシンボルは、1064ナノメートルで高く反射された鏡です。U1からU5までのミラーは、レーザーダイオードの波長で透過性が高い。
ミラーU6は、アップコンバートされた信号の範囲で透過性である。ミラーU7は、中赤外信号用の透過性である。ミラーU3は200mmの曲率半径を持っています。
他のミラーは平らです。コメディマウントのフラットミラーを使用して、アライメントキャビティを確立します。レーザー媒体の前にミラーを置き、エンドミラーとして機能します。
マウントの角度を、水平方向と垂直方向の両方で極端な位置に回します。次に、ミラーU2の前に赤外線感度のビームカードを置きます。また、マウントからPPLNクリスタルを取り外します。この図に配置を示します。
エンドミラーはUHで示されます。最大出力の約3分の1でレーザーダイオードを始動します。キャビティを揃えて、次の手順を繰り返します。エンドミラーの角度を、水平方向に正の2度変更します。
次に、ミラーの垂直角度を極端から別の極端にスイープします。これを行う際には、アライメントキャビティからのビーム用の赤外線カードを見てください。エンドミラーの水平角度で、垂直角度のスイープ中に、空洞は、赤外線カードに見ることができる怠惰を開始します。
空洞が怠けっているとき、より高い電力を得るためにミラーの角度を調整することと、駆動電流を減らすことの間で交互に。最後に、ミラーを離れるビームがIRカードで簡単に見えるように電源を持っています。今、赤外線カードを取り外し、その背後にあったミラー、U2の調整を開始します。ミラーを調整して、位置合わせビームがミラー U3 の中心から中心に反射されるようにします。ミラー U3 の角度を調整して、ミラー U7 に向けて希望のパスに沿ってビームが中央に移動するようにします。ビームが適切な高さでPPLNマウントを通過し、それが結晶の表面に垂直であることを確認します。
次に、ゲルマニウムの窓を取り外し、U7の後ろに赤外線カードを置きます。この位置では、IRカードは、空洞を離れるIRビームによる蛍光を発する。今度は、位置合わせビームのパスに沿って反映されるように U7 の角度を調整します。赤外線カードを監視して送信されたビームを監視し、ミラーの角度を設定して出力を最大化します。
ビームがいずれかのチャネルを通過するように、PPLNクリスタルをマウントして継続します。IR カードにビームがまだ表示されていることを確認します。その場合は、U7 を調整して出力を最大化してから続行します。
この時点で、レーザーダイオードをオフにして、エンドミラーを取り外します。入力時に750ナノメートルのロングパスフィルタをアップコンバージョン設定に取り付けます。フィルタの後ろにパワーメーターを置きます。
レーザーダイオードをフルパワーで、U2とU7の角度を調整してパワーを最大限に引き出します。次に、パワーメーターを高出力赤外線カードに交換します。カードを使用して、キャビティが基本的なガリシアモードで動作していることを確認します。
必要に応じてミラー U7 を調整します。完了したら、フィルターを取り外し、ゲルマニウムウィンドウを再度アタッチします。赤外線退化4波長混合セットアップを整列させるために移動します。
セットアップには、パルスレーザー、ヘリウムネオンレーザー、ミラー、レンズが含まれ、組み立てられたアップコンバージョン検出器の入力にビームを向けます。初期セットアップは、この回路図で表されます。ヘリウムネオンレーザーはガイドビームを提供する。
ミラー M3 と M4 を使用して、ガイドビームをレンズ L1 に合わせます。ミラーを調整して、ビームがレンズ L1 の中心に当たるようにします。ミラーM4とレンズL1の間にボックスカープレートを挿入します。水平ビームから45度の垂直角度に配置します。配置が2つの出力ビームを生成することを確認します。
最初のボックスカーのプレートの後に 2 つ目のボックスカープレートを挿入します。出力ビームから45度の水平角度でそれを持っています。出力に 4 つのビームがあることを確認します。
次に、四角形の角を形成する 4 つの出力梁にボックスカープレートの角度を調整します。レンズ L1 を、その中心の周りに等間隔にするまで調整します。さて、梁の経路に虹彩を置きます。
アイリスを3つのポンプビームをブロックし、信号ビームが通過できるように配置します。この回路図は、この時点でのシステムの状態を表します。次のステップはレンズL2、ミラーM5およびM6を含む。ビームをコリメートするには、パルスレーザーの波長の焦点距離を使用してレンズL2を整列させる。
次に、位置ミラーM5とM6は、ガイドビームがビームの中心にする必要があるアップコンバージョン検出器の入力ウィンドウに向けられるように。レンズL3を、PPLN結晶の中心から1焦点距離の光学距離に置く。続けるには、検出器のゲルマニウムウィンドウを取り外します。
これを行うと、1064ナノメートルビームがアップコンバージョンモジュールを終了することができます。次に、ミラーM6を使用して検出器からビームを移動し、レンズL2で重なるように信号ビームに持ち込みます。ミラーM5を使用して、ガイドビームをL3の1064ナノメートルビームに移動させることでこれを交互に行います。1064ナノメートルのビームとガイドビームが同じ経路をたどるとき停止します。ゲルマニウムウィンドウをアップコンバージョンモジュールに再び取り付けます。
次に、パルスレーザーから保護するために、検出器の前にいくつかの中性密度フィルタを配置します。パルスレーザーをオンにし、ガイドビームと重なっていることを確認します。ここで、測定するガス流量または炎をレンズL1の焦点点に置く。この測定は窒素で希釈されたメタンの流れを含む。
信号が検出器に表示されていることを確認します。必要に応じて、ニュートラル密度フィルタを調整します。信号がある場合は、ミラーM5とM6を調整して平均強度を最大化します。変換段階でビームブロックで信号ビームをブロックして続行します。
次に、検出器の前にあるニュートラル密度フィルタを削除します。初期の場合、検出器に光が散乱して信号が出ることがある。変換ステージでは、ビームブロックの位置を調整して、この散乱を減らします。
光散乱による信号ができるだけ小さくなったら、先に進みます。次のステップは、測定を開始できるようにガスの流れをオンにすることです。次に、パルスレーザーでアップコンバージョン検出器を適切にトリガし、目的の波長範囲をスキャンしてデータを収集します。
これらのデータは、窒素ガス中のシアン化水素の5つの異なる濃度に対するものである。各ポイントは、各濃度での3回のスキャンの平均を表します。中心のピークは、シアン化水素のNU1振動帯のP20線です。
ここでポイントは、濃度の関数として測定されたピーク値である。破線は、2次多項式に適合します。この場合、データは、事前混合された炎からの5つの連続したスキャンを示しています。
各スキャンは約 65 秒に及び、同じ範囲の波の数をカバーします。スキャンからスキャンまでの強度の変化は、レーザーパルスモードとエネルギーが安定していないためです。単一ステップが最も重要ではありませんが、測定値を比較する必要がある場合、アライメントは毎回同じ高さの位置を持つ必要があります。
試行錯誤によってこの設定を調整することを学ぶことは、人々が落とし穴を避けることができるようにプロセスを実証したかった理由である多くの時間を無駄にするでしょう。アップコンバージョンモジュールの導入により、小さいペレットのガス化から少量種シアン化水素の放出を検出することが可能になりました。このプロトコルには、クラス4レーザーの使用と可燃性ガスの使用が含まれており、適切な安全対策を常に守る必要があります。
