Name: infrared degenerate four-wave mixing with upconversion detection for quantitative gas sensing
Uploaded: 2019-03-22T13:00:00
Duration: 10 min 42 s
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यूरोपीय संघ द्वारा क्षितिज २०२० के दायरे के भीतर लेखकों द्वारा प्राप्त धन अत्यधिक सराहना की है । यह काम मध्य तकनीक मैरी क्यूरी अभिनव प्रशिक्षण नेटवर्क [H2020-MSCA-ITN-2014-642661] के भाग के रूप में आयोजित किया गया था ।

<ol>
	<li>Sahlberg, A. -. L., Zhou, J., Alden, M., Li, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+ro-vibrational+spectra+of+small+hydrocarbons+at+elevated+temperatures+using+infrared+degenerate+four-wave+mixing.">Investigation of ro-vibrational spectra of small hydrocarbons at elevated temperatures using infrared degenerate four-wave mixing.</a> Journal of Raman Spectroscopy. 47 (9), 1130-1139 (2016).</li><li>Kiefer, J., Ewart, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+diagnostics+and+minor+species+detection+in+combustion+using+resonant+four-wave+mixing.">Laser diagnostics and minor species detection in combustion using resonant four-wave mixing.</a> Progress in Energy and Combustion Science. 37 (5), 525-564 (2011).</li><li>Sahlberg, A. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-linear+mid-infrared+laser+techniques+for+combustion+diagnostics.">Non-linear mid-infrared laser techniques for combustion diagnostics.</a> Lund University. , (2016).</li><li>H&#248;gstedt, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-noise+mid-IR+upconversion+detector+for+improved+IR-degenerate+four-wave+mixing+gas+sensing.">Low-noise mid-IR upconversion detector for improved IR-degenerate four-wave mixing gas sensing.</a> Optics Letters. 39 (18), 5321 (2014).</li><li>Pedersen, R. L., Hot, D., Li, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+an+InSb+Detector+and+Upconversion+Detector+for+Infrared+Polarization+Spectroscopy.">Comparison of an InSb Detector and Upconversion Detector for Infrared Polarization Spectroscopy.</a> Applied Spectroscopy. 72 (5), 793-797 (2018).</li><li>Sahlberg, A. -. L., Kiefer, J., Ald&#233;n, M., Li, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mid-Infrared+Pumped+Laser-Induced+Thermal+Grating+Spectroscopy+for+Detection+of+Acetylene+in+the+Visible+Spectral+Range.">Mid-Infrared Pumped Laser-Induced Thermal Grating Spectroscopy for Detection of Acetylene in the Visible Spectral Range.</a> Applied Spectroscopy. 70 (6), 1034-1043 (2016).</li><li>Midwinter, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+conversion+from+1.6+&#181;+to+the+visible+in+lithium+niobate.">Image conversion from 1.6 &#181; to the visible in lithium niobate.</a> Applied Physics Letters. 12 (3), 68 (1968).</li><li>Dam, J., Tidemand-Lichtenberg, P., Dam, J. S., Tidemand-Lichtenberg, P., Pedersen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room-temperature+mid-infrared+single-photon+spectral+imaging.">Room-temperature mid-infrared single-photon spectral imaging.</a> Nature Photonics. 6 (11), 788-793 (2012).</li><li>Pelc, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-wavelength-pumped+upconversion+single-photon+detector+at+1550+nm:+performance+and+noise+analysis.">Long-wavelength-pumped upconversion single-photon detector at 1550 nm: performance and noise analysis.</a> Optics Express. 19 (22), 21445-21456 (2011).</li><li>Mancinelli, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mid-infrared+coincidence+measurements+on+twin+photons+at+room+temperature.">Mid-infrared coincidence measurements on twin photons at room temperature.</a> Nature Communications. 8 (2), 1-8 (2017).</li><li>Sua, Y. M., Fan, H., Shahverdi, A., Chen, J. -. Y., Huang, Y. -. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Generation+and+Detection+of+Quantum+Correlated+Photons+with+3.2+um+Wavelength+Spacing.">Direct Generation and Detection of Quantum Correlated Photons with 3.2 um Wavelength Spacing.</a> Scientific Reports. 7 (1), 1-10 (2017).</li><li>Meng, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upconversion+detector+for+range-resolved+DIAL+measurement+of+atmospheric+CH4.">Upconversion detector for range-resolved DIAL measurement of atmospheric CH4.</a> Optics Express. 26 (4), 3850-3860 (2018).</li><li>Xia, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-range+micro-pulse+aerosol+lidar+at+1.5.+&#181;m+with+an+upconversion+single-photon+detector.">Long-range micro-pulse aerosol lidar at 1.5. &#181;m with an upconversion single-photon detector.</a> Optics Letters. 40 (7), 1579-1582 (2015).</li><li>Junaid, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mid-infrared+upconversion+based+hyperspectral+imaging.">Mid-infrared upconversion based hyperspectral imaging.</a> Optics Express. 26 (3), 2203-2211 (2018).</li><li>Kehlet, L. M., Tidemand-Lichtenberg, P., Dam, J. S., Pedersen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infrared+upconversion+hyperspectral+imaging.">Infrared upconversion hyperspectral imaging.</a> Optics Letters. 40 (6), 938-941 (2015).</li><li>Hermes, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mid-IR+hyperspectral+imaging+for+label-free+histopathology+and+cytology.">Mid-IR hyperspectral imaging for label-free histopathology and cytology.</a> Journal of Optics. 20 (2), 023002 (2018).</li><li>Hot, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatially+and+temporally+resolved+IR-DFWM+measurement+of+HCN+released+from+gasification+of+biomass+pellets.">Spatially and temporally resolved IR-DFWM measurement of HCN released from gasification of biomass pellets.</a> Proceedings of the Combustion Institute. , (2018).</li><li>Barh, A., Pedersen, C., Tidemand-Lichtenberg, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-broadband+mid-wave-IR+upconversion+detection.">Ultra-broadband mid-wave-IR upconversion detection.</a> Optics Letters. 42 (8), 1504 (2017).</li></ol>

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

स्पंदित लेजर बीम के संरेखण की परिशुद्धता विधि की संवेदनशीलता के लिए महत्वपूर्ण है । विशेष देखभाल करने के लिए सुनिश्चित करें कि बीम BOXCARS प्लेटों के बाद बराबर दूरी से अलग कर रहे है और यह है कि मुस्कराते हुए समान रूप से L1 के केंद्र के आसपास जगह है लिया जाना चाहिए । इससे विचलन संकेत तीव्रता में एक महत्वपूर्ण बूंद को बढ़ावा मिलेगा, और इसलिए, संवेदनशीलता । इसी तरह, ध्यान रखा जाना चाहिए कि upconversion मॉड्यूल गुहा मौलिक मोड में चल रहा है और संकेत बीम upconversion पंप के साथ एक इष्टतम ओवरलैप के लिए गठबंधन किया है कि । संकेत आसानी से परिमाण के एक या दो आदेश द्वारा कम किया जा सकता है अगर upconversion गुहा एक गलत मोड में चल रहा है या संकेत बीम गुहा क्षेत्र के साथ ओवरलैप suboptimal है । यह भी शामिल है L3 मिलीमीटर परिशुद्धता के साथ रखने ताकि संकेत बीम फोकल प्वाइंट PPLN क्रिस्टल के बीच में है । एक इष्टतम ओवरलैप और गुहा शक्ति के ८० W के साथ, SFG चरण की एक 6% क्वांटम दक्षता संभव है । डिटेक्टर और यहां इस्तेमाल किया तरंग दैर्ध्य के साथ, कुल पता लगाने की क्षमता 3% है । अधिकतम intracavity शक्ति है कि पहुँचा जा सकता है १२० डब्ल्यू है, लेकिन ८० डब्ल्यू मज़बूती से प्राप्त किया जा सकता है. रूपांतरण दक्षता intracavity शक्ति के लिए आनुपातिक है, तो एक अलग intracavity शक्ति के साथ दर्ज संकेतों की तुलना में किया जा सकता है अगर intracavity शक्ति दर्ज की गई है.
इस विधि की संवेदनशीलता के लिए मुख्य सीमित कारक पृष्ठभूमि बिखरने, जो कमजोर संकेतों डूब जाता है । इस बिखरने को सीमित करने के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि प्रकाशिकी धूल से मुक्त रखा जाता है, विशेष रूप से लेंस L1 । देखभाल भी लिया जाना चाहिए कि बीम ब्लॉक की स्थिति पृष्ठभूमि शोर को कम करता है । बीम ब्लॉक को xy-चरण पर रखा जाना चाहिए ताकि इसे बीम की दिशा के लंबवत, क्षैतिज और लंबवत दोनों समतल में नियंत्रित तरीके से ले जाया जा सके ।
यहां पर चर्चा की स्कैनिंग एक स्थिर तापमान पर PPLN के साथ किया जाता है । रूपांतरण दक्षता sinc (ΔkL/2π)2के लिए आनुपातिक है, जहां Δk चरण बेमेल है और L क्रिस्टल लंबाई है । इस समारोह की पूरी चौड़ाई आधा अधिकतम (FWHM) एक निरंतर PPLN क्रिस्टल तापमान पर डिटेक्टर की बैंडविड्थ है । इस समारोह के FWHM क्रिस्टल तापमान और तरंग दैर्ध्य के साथ बदलता है, लेकिन आम तौर पर एक 20 मिमी लंबे क्रिस्टल के लिए, मध्य IR में 5 सेमी-1 के आदेश पर है । अपवाद ४,२०० एनएम, जहां चौड़ाई बहुत बढ़ जाती है18के पास है ।
कोई स्केलिंग प्रकाशिकी चित्रा 2में सेटअप आरेख में शामिल किया गया है, क्योंकि वहां मुद्दों की एक संख्या को तय करने से पहले विचार कर रहे है क्या, यदि कोई हो, स्केलिंग की जरूरत है । सेटअप के लिए यहां वर्णित है, स्पंदित लेजर बीम ca. 2 मिमी की बीम व्यास पर टकरा जब L1 पहुंच रहा है । यह लगभग ४०० μm के फोकल प्वाइंट पर एक बीम कमर देता है, 3 μm की एक तरंग दैर्ध्य का उपयोग कर । इस तकनीक को लागू करते समय, यह L1 की फोकल लंबाई बदलने के लिए वांछनीय हो सकता है, या तो क्योंकि अधिक स्थान L1 और व्यावहारिक कारणों के लिए फोकल प्वाइंट के बीच की जरूरत है, या अभिसरण कोण, जो किया जा सकता है बढ़ाने के माप की मात्रा को छोटा करने के लिए एक छोटी फोकल लंबाई का उपयोग करके किया । इस मामले में, फोकल प्वाइंट पर बीम कमर सीए पर रखा जाना चाहिए । ४०० μm और कोटेमेटेड बीम मैच के लिए बढ़ाया जाना चाहिए । तथापि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि बीम के अंतराल में वृद्धि के बिना किरण व्यास में वृद्धि बीम ब्लॉक किनारों से बिखरने बढ़ जाएगा । स्थानिक संकल्प पंप बीम के ओवरलैप द्वारा दिया जाता है । सेटअप यहां वर्णित के लिए, ओवरलैप 6 मिमी लंबी है, तो माप मात्रा ०.४ मिमी की त्रिज्या के साथ, 6 मिमी लंबे समय का एक सिलेंडर है ।
PPLN क्रिस्टल में अर्ध-चरण-मिलान प्राप्त करने के लिए, दोनों मध्य-IR सिग्नल और अपपरिवर्तन गुहा के intracavity क्षेत्र PPLN क्रिस्टल में असाधारण polarized होना चाहिए । अपरुपांतरण गुहा का निर्माण किया जाना चाहिए ताकि इंट्रेविटी फील्ड का ध्रुवीकरण स्वत: ही सही हो जाए । अगर मध्य IR लेजर पहले से ही इस मैच नहीं है, एक waveplate मध्य IR लेजर उत्पादन में डाला जा सकता है ध्रुवीकरण बारी है ।
IR-DFWM अपेक्षाकृत उच्च ऊर्जा दलहन, 1-4 mJ, एक संकीर्ण पर्याप्त लेजर linewidth आणविक लाइनों, जो ०.१ सेमी-1के आदेश पर कर रहे है हल करने के साथ संयुक्त की आवश्यकता है । परागण है कि इन मानदंडों से मेल आम तौर पर कम पुनरावृत्ति दर है, और के रूप में DFWM के साथ डेटा अधिग्रहण आम तौर पर लेजर की तरंग दैर्ध्य स्कैनिंग द्वारा किया जाता है, यह सीमा माप गति । इसका मतलब यह है कि विधि सबसे आसानी से माप के लिए आवेदन किया है, जहां विषय समय के साथ नहीं बदलता है, हालांकि यह भी अस्थाई हल माप17के लिए लागू कर दिया गया है । एक और सीमा है कि, क्योंकि बिखरे हुए प्रकाश के प्रति संवेदनशीलता की, कणों में या माप की मात्रा के पास बिखरने की घटनाओं है कि पूरी तरह से संकेत17डूब पैदा करेगा । रूपांतरण की प्रक्रिया के चरण मैच हालत स्पेक्ट्रम संकीर्ण है, जो थर्मल पृष्ठभूमि विकिरण से शोर को खत्म करने में मदद करता है, लेकिन यह व्यापक तरंग दैर्ध्य अधिक समय के रूप में PPLN तापमान को देखते रहना चाहिए पर स्कैन करता है रखने के लिए सिग्नल तरंगदैर्घ्य चरण-कृतित्व ।
आईआर-DFWM के भविष्य का उपयोग करता है आग की लपटों में राष्ट्रीय राजमार्ग3 का पता लगाने के लिए योजना बनाई है, या अधिक व्यावहारिक वातावरण में hcn के साथ काम जारी है । विधि में सुधार के लिए सबसे स्पष्ट अर्थ है कि आगे बिखरे प्रकाश से पृष्ठभूमि को कम करने के लिए । इस संकेत बीम के स्थानिक फ़िल्टरिंग का उपयोग किया जा सकता है के बाद सिग्नल L2 द्वारा एकत्र की है ।

आईआर-DFWM स्थानिक संकल्प के साथ पीपीएम स्तर1के लिए नीचे आईआर सक्रिय प्रजातियों की सांद्रता को मापने की क्षमता प्रदान करता है । IR-DFWM कई लाभ है कि यह दहन अनुसंधान के लिए एक आकर्षक तकनीक बना है । लपटें तेजी से जांच की प्रविष्टि द्वारा बदला जा सकता है, लेकिन आईआर-DFWM nonदखलंदाजी है । यह एक स्थानिक संकल्प है, लौ संरचना में विभिन्न बिंदुओं पर तो प्रजातियों ' सांद्रता मापा जा सकता है. यह एक सुसंगत संकेत है, जो लौ के थर्मल उत्सर्जन से अलग किया जा सकता है प्रदान करता है । इसके अतिरिक्त, DFWM से टकराव के वातावरण के लिए कम संवेदनशील है, उदाहरण के लिए, लेजर प्रेरित प्रतिदीप्ति (LIF) है, जो एक लौ में निर्धारित करने के लिए मुश्किल हो सकता है । तकनीक भी है कि IR सक्रिय हैं, लेकिन कमी दिखाई या निकट दिखाई संक्रमण है कि उंहें अंय तकनीकों के साथ मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है आणविक प्रजातियों तक पहुंच प्रदान करता है ।
जबकि DFWM लाभ की एक संख्या है, वैकल्पिक तकनीकों अगर एक या अधिक इन लाभों की जरूरत नहीं है बेहतर हो सकता है । यदि स्थानिक संकल्प की जरूरत नहीं है, अवशोषण आधारित तकनीकों दोनों सरल और अधिक सटीक हो जाएगा । यदि प्रश्न में आणविक प्रजातियों के दृश्य या निकट-IR क्षेत्र में संक्रमण है, lif बेहतर हो सकता है, lif के रूप में एक विमान से स्थानिक हल जानकारी प्रदान कर सकते है बजाय सिर्फ एक ही बिंदु । सही शर्तों के तहत, अरैखिक विधियों, जैसे DFWM और PS, भी एकल-शॉट 2D माप2के लिए उपयोग किया जा सकता है । इन अरैखिक विधियों का संकेत जांच बीम तीव्रता cubed करने के लिए आनुपातिक है, और के रूप में पंप बीम 2D माप के क्षेत्र को कवर करने के लिए विस्तार किया जाना चाहिए, यह या तो बहुत उच्च पल्स ऊर्जा या उच्च तीसरे क्रम संवेदनशीलता का एक संयोजन की आवश्यकता है, उच्च सांद्रता, और कम पृष्ठभूमि शोर काम करने के लिए । इसलिए, यह ज्यादातर आणविक प्रजातियों पर निर्भर करता है कि क्या यह एक संभावना है ।
dfwm के साथ एक और अधिक प्रत्यक्ष प्रतियोगिता में, वहां अंय चार वेव मिश्रण आधारित स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीक: सुसंगत विरोधी स्टोक्स रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (कारें), लेजर प्रेरित कसा स्पेक्ट्रोस्कोपी (ligs), और ध्रुवीकरण स्पेक्ट्रोस्कोपी (पुनश्च) कर रहे हैं । कारों के दहन के वातावरण में तापमान और प्रमुख प्रजातियों को मापने के लिए एक अच्छी तरह से स्थापित तकनीक है । हालांकि, यह मामूली प्रजातियों का पता लगाने के लिए संवेदनशीलता का अभाव है, के रूप में पता लगाने की सीमा आमतौर पर लगभग 1%2है । PS और DFWM पहले समान संवेदनशीलता और खोज सीमा3करने के लिए दिखाया गया है; हालांकि, DFWM के सिग्नल-से-शोर अनुपात ५०० से वृद्धि करने के लिए दिखाया गया है जब upconversion खोज4के साथ संयुक्त, जबकि PS केवल एक ६४-गुना वृद्धि5दिखाया गया है । ligs एक grating उत्प्रेरण का लाभ है, मध्य IR प्रकाश का उपयोग कर, लेकिन इस grating के एक जांच लेजर के अपवर्तन द्वारा प्रभाव उपायों, और इस जांच लेजर की तरंग दैर्ध्य स्वतंत्र रूप से6चुना जा सकता है । जांच लेजर की तरंग दैर्ध्य, इसलिए, दृश्य क्षेत्र में हो सकता है, जहां तेजी से, कम शोर सिलिकॉन आधारित डिटेक्टरों उपलब्ध हैं । यह एक ही लाभ है कि upconversion का उपयोग करके हासिल की है । LIGS दोष है कि यह2टकराव के लिए बहुत संवेदनशील है, जिसका अर्थ है कि प्रमुख गैस प्रजातियों की एकाग्रता सटीक एकाग्रता या ligs के साथ तापमान माप के लिए जाना जाना चाहिए है । यदि उस मुद्दे पर काबू पाना है, LIGS एक समान संवेदनशीलता है दोनों DFWM और वायुमंडलीय दबाव3में पुनश्च, लेकिन जहां ligs संकेत बढ़ दबाव के साथ बढ़ जाती है, dfwm और पुनश्च से संकेत कम दबाव है, जो पसंदीदा मतलब पर बढ़ जाती है तकनीक दबाव के माहौल पर निर्भर करेगी ।
अपपरिवर्तन संसूचन, एक सिग्नल को लंबी तरंगदैर्ध्य से कम लोगों को sum-फ्रीक्वेंसी जेनरेशन का उपयोग करके बदलने की तकनीक है । इस का लाभ यह है कि दृश्य या निकट अवरक्त रेंज में डिटेक्टरों कम शोर और मध्य IR क्षेत्र में अपने समकक्षों की तुलना में एक उच्च संवेदनशीलता है । यह पहले पांच दशक पहले जांच की थी7, लेकिन बहुत कम ध्यान देखा और तब से उपयोग करते हैं, कम रूपांतरण क्षमता के कारण । हालांकि, उत्पादन तकनीकों में अग्रिम के साथ आवधिक poled लिथियम niobate (ppln) और उच्च अरैखिक गुणांक के साथ अंय सामग्री, के रूप में अच्छी तरह से उच्च शक्ति लेजर डायोड (LDs) की वृद्धि की उपलब्धता, तकनीक को आकर्षित किया है वृद्धि पिछले दशक में ध्यान, ऐसे मध्य आईआर एकल photon जांच8,9,10,11, आईआर lidar12,13, और हाइपरस्पेक्ट्रल के रूप में क्षेत्रों को कवर अनुप्रयोगों के साथ इमेजिंग14,15 और माइक्रोस्कोपी16. आईआर-DFWM के साथ upconversion का पता लगाने के संयोजन का मुख्य लाभ यह है कि चरण मैच की स्थिति एक संकीर्ण कोणीय और स्पेक्ट्रल स्वीकृति बैंड है, जो थर्मल पृष्ठभूमि के खिलाफ भारी भेदभाव, कमजोर संकेतों का पता लगाने की अनुमति है ।

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:831px;" width="831">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:300px;">Nd:YAG laser, pulsed</td>
			<td style="width:183px;">Spectra Physics</td>
			<td style="width:165px;">Quantarau Pro-290-10</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1 (For pumping the mid-IR laser)</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:300px;">Nd:YAG laser, injection seeding system</td>
			<td style="width:183px;">Spectra Physics</td>
			<td>6350</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">NIR Dye laser - OPA system</td>
			<td style="width:183px;">Sirah</td>
			<td>OPANIR</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:300px;">HeNe laser</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>HNL100LB</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:300px;">Dichroic mirror</td>
			<td style="width:183px;">LASEROPTIK</td>
			<td>NA</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1, custom order: HR for the mid-IR, transparent for 632 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Protected Gold Mirrors</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>PF10-03-M01</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 5&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">BoxCars Plate</td>
			<td style="width:183px;">LASEROPTIK</td>
			<td>NA</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 2, Custom order</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">xy-stage</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>DTS25/M</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">500 mm focal length CaF2 lens, &#216;2&#39;&#39;</td>
			<td style="width:183px;">Eksmaoptics</td>
			<td>110-5523E</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">500 mm focal length CaF2 lens, &#216;1&#39;&#39;</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>LA5464</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">100 mm focal length CaF2 lens, &#216;1&#39;&#39;</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>LA5817</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Iris, &#216;50 mm</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>ID50/M</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">ND1 IR filter (ZnSe)</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>NDIR10B</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">ND2 IR filter (ZnSe)</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>NDIR20B</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">ND3 IR filter (ZnSe)</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>NDIR30B</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:300px;">Upconversion Detector</td>
			<td style="width:183px;">NLIR</td>
			<td style="width:165px;">NA (closest equivalent: U3055 3.0-5.5&#181;m)</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1, Custom order&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">VIS/NIR Detector Card</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>VRC2</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1, (low intensity)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:300px;">NIR Detector Card</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>VRC4</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1, (high intensity)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">MIR Detector Card</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>VRC6S</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Thermal Power Sensor Head</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td>S302C</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:300px;">Power meter console</td>
			<td style="width:183px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:165px;">PM100D</td>
			<td style="width:183px;">Quantity: 1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

infrared degenerate four-wave mixing with upconversion detection for quantitative gas sensing

हम गैस स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रदर्शन के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत अवरक्त degenerated चार लहर मिश्रण (आईआर-DFWM), पीपीएम में गैस प्रजातियों की मात्रात्मक पता लगाने के लिए एक प्रतिशत की सीमा के लिए । विधि का मुख्य उद्देश्य कम एकाग्रता प्रजातियों, जो दृश्य या निकट-IR स्पेक्ट्रल रेंज है कि पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है में कोई बदलाव नहीं है की स्थानिक हल का पता लगाने है । IR-DFWM एक nonदखलंदाजी विधि है, जो दहन अनुसंधान में एक महान लाभ है, के रूप में एक लौ में एक जांच डालने यह काफी बदल सकते हैं । आईआर-DFWM upconversion पता लगाने के साथ संयुक्त है । यह पता लगाने की योजना के मध्य ir से ir-DFWM सिग्नल को ले जाने के लिए योग-आवृत्ति जनरेशन का उपयोग करता है के पास-IR क्षेत्र, सिलिकॉन-आधारित डिटेक्टरों की बेहतर शोर विशेषताओं का लाभ लेने के लिए । इस प्रक्रिया को भी थर्मल पृष्ठभूमि विकिरण के सबसे खारिज कर । प्रोटोकॉल का ध्यान यहां प्रस्तुत आईआर-DFWM प्रकाशिकी के उचित संरेखण पर और कैसे एक intracavity अपरूपांतरण का पता लगाने प्रणाली संरेखित करने पर है ।

चित्रा 3 N2में hcn के विभिंन सांद्रता से संकेत पता चलता है, प्रत्येक एकाग्रता के लिए तीन स्कैन पर औसत । मिश्रण ३०० पीपीएम HCN शुद्ध N2 के साथ जन प्रवाह नियंत्रकों का उपयोग कर और यह ८४३ K करने के लिए हीटिंग के साथ n2 में मिश्रण द्वारा तैयार किया गया था । मध्य शिखर HCN के ν1 कंपन बैंड की पी (20) रेखा है । चित्रा 3 में इनसेट प्रत्येक एकाग्रता के लिए इस लाइन से संकेत के पीक मूल्य से पता चलता है, एक दूसरी डिग्री बहुपद फिट के साथ । संकेत की एकाग्रता निर्भरता एस द्वारा वर्णित किया जा सकता है = कुल्हाड़ी2 + बी, जहां एस संकेत है और ए और बी फिटिंग है स्थिरांक17। एक लौ में निरपेक्ष एकाग्रता माप एक अंशांकन माप की आवश्यकता के रूप में यहां दिखाया गया है, एक ज्ञात तापमान पर, स्थिर एकनिर्धारित करने के लिए. लौ में माप मात्रा में तापमान भी तापमान के साथ लगातार एक तराजू के रूप में मापा जाना चाहिए; इस बारे में पूरी चर्चा17को पहले ही प्रकाशित हो चुकी है । इस मापन के लिए प्रयोग की जाने वाली पोलिंग अवधि १०४.५ डिग्री सेल्सियस के क्रिस्टल तापमान के साथ २१.५ μm थी ।
चित्रा 4 एक premixed लौ से कच्चे डेटा प्रस्तुत करता है । यह रेंज 3229.5-3232 सेमी-1पर लगातार पांच स्कैन से पता चलता है, प्रत्येक लगभग ६५ एस लेने स्कैन । ये वाटरलाइन्स के तीन समूहों को कवर करते हैं, जो तापमान मापन के लिए प्रयुक्त होते हैं । आदर्श रूप में, एक स्थिर प्रणाली के साथ काम करते हैं, एक ही रेंज पर प्रत्येक स्कैन समान होना चाहिए, एकाग्रता, दबाव के रूप में, और तापमान अपरिवर्तित होना चाहिए. यहाँ देखा लाइनों की तीव्रता स्कैन करने के लिए स्कैन से काफी परिवर्तन, जो है क्योंकि लेजर पल्स मोड और ऊर्जा स्कैन करने के लिए स्कैन से स्थिर नहीं है. इन जैसे परिणाम अनुपयोगी है जब तक लेजर पल्स ऊर्जा दर्ज की गई है और आराम से पर्याप्त लेजर पल्स ऊर्जा के साथ माप सॉर्ट करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । इस मापन के लिए प्रयोग की जाने वाली पोलिंग अवधि १२३ डिग्री सेल्सियस के क्रिस्टल तापमान के साथ २१.५ μm थी ।
चित्रा 4में, पृष्ठभूमि बिखरने नहीं देखा है क्योंकि एक ND2 फिल्टर को सिग्नल को कम करने के लिए इस्तेमाल किया गया था, डिटेक्टर संतृप्त से बचने के लिए । कमजोर संकेतों के लिए यह पाया गया कि बैकग्राउंड कैटरिंग 5 pJ प्रति पल्स के ऑर्डर पर है, जो कि कमरे के तापमान पर १०० पीपीएम HCN के ν1 कंपन बैंड की P (20) रेखा से उत्पन्न सिग्नल से मेल खाती है.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig1.jpg"> चित्रा 1: अपरूपांतरण डिटेक्टर का आरेख। U1-U7 और उह दर्पण हैं, उच्च चिंतनशील (मानव संसाधन)-१,०६४ एनएम के लिए लेपित । सभी दर्पण विमानों, U3 के अलावा, जो एक २०० मिमी वक्रता त्रिज्या है । दर्पण U1-U5 लेजर डायोड के तरंग दैर्ध्य पर transmissive किए गए थे, यह सुनिश्चित करने के लिए कि एलडी प्रकाश डिटेक्टर तक पहुंच नहीं है । U6 upconverted सिग्नल, 650-1050 एनएम के लिए transmissive है । U7 मध्य IR संकेत के लिए transmissive है । उह १,०६४ एनएम और 5% transmissive के लिए ९५% चिंतनशील है । U1 से U3 तक पथ की लंबाई १५६ मिमी है, और U3 से U7 तक पथ की लंबाई २०२ मिमी है । L4 और L5 क्रमशः ६० मिमी और ७५ मिमी फोकल लंबाई के साथ अवर्णक लेंस हैं । दोनों 650-1050 एनएम के लिए पारदर्शी हैं । डिटेक्टर के रूप में इस्तेमाल किया कैमरा L5 से ७५ मिमी रखा गया है । गुहा क्षेत्र खड़ी polarized है । यहां इस्तेमाल किया PPLN २१.० μm, २१.५ μm, २२.० μm, २२.५ मिमी, और २३.० μm की अवधि poling है, और क्रिस्टल लंबाई 20 मिमी है । दृश्यमान और पास-अवरक्त प्रयुक्त डिटेक्टर एक UI-5240CP-NIR-GL कैमरा IDS इमेजिंग डेवलपमेंट सिस्टम से है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig1large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig2.jpg"> चित्र 2: dfwm सेटअप का आरेख । M1 एक परावैद्युत दर्पण है जो स्पंदित लेजर की तरंगदैर्घ्य पर अति चिंतनशील (मानव संसाधन) है । M2 एक डाइइलेक्ट्रिक दर्पण है जिसे स्पंदित लेजर की तरंगदैर्घ्य में मानव संसाधन में उतारा जाता है और हेने गाइड बीम के लिए transmissive दिया जाता है । एम 3-M6 सोने के दर्पण संरक्षित हैं । बी. सी .1 और बी. सी. 2 में BOXCARS प्लेट्स 1 और 2 हैं । L1 एक ५०० मिमी फोकल लंबाई एक ५.१ सेमी व्यास के साथ CaF2 लेंस है । L2 एक ५०० मिमी फोकल लंबाई सीएएफ2 लेंस २.५४ सेमी की एक व्यास के साथ है । L3 एक १०० मिमी फोकल लेंथ सीएएफ2 लेंस है । स्पंदित लेजर खड़ी polarized है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig2large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig3.jpg"> चित्रा 3 : N2में hcn के विभिंन सांद्रता से सिग्नल । मध्य शिखर HCN के ν1 कंपन बैंड की पी (20) रेखा है । इनसेट एक दूसरे के आदेश बहुपद फिट के साथ, प्रत्येक एकाग्रता (हीरे मार्करों) से चोटी के संकेत से पता चलता है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig3large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig4.jpg"> चित्रा 4 : स्कैन प्रति अवधि में ca. ६५ s के लगातार पांच स्कैन, एक premixed लौ में किया । लेजर को 3229.5-3232 सेमी-1की रेंज में स्कैन किया गया था । यहां देखा चोटियों एच2ओ संक्रमण लाइनों के कई संग्रह से संकेत कर रहे हैं । संकेत एक ND1 और एक एन डी 0.6 फिल्टर के साथ कम किया गया था, डिटेक्टर saturating से बचने के लिए । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig4large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig5.jpg"> चित्रा 5: एक boxcars थाली तरफ से देखा । यह पारदर्शी सामग्री का एक ब्लॉक है । इनपुट पक्ष पर, यह सतह के आधे पर एक antireflective कोटिंग के साथ लेपित है । लेजर बीम यहां प्रवेश करती है और उत्पादन पक्ष है, जहां आधा सतह एक ५०% संचरण के लिए लेपित है पहुंचता है । प्लेट में आंतरिक रूप से परिलक्षित प्रकाश तो उच्च प्रतिबिंब के लिए लेपित इनपुट पक्ष के भाग को पुनः खंडित कर देता है और आउटपुट पक्ष के शीर्ष आधे के माध्यम से परिलक्षित होता है । यह दो समानांतर बीम में एक बीम विभाजन । एक ही प्रभाव एक बीम अलगानेवाला और एक दर्पण के साथ प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन एक बीम अलगानेवाला पीछे की सतह से कुछ प्रतिबिंब है, जो पृष्ठभूमि शोर बढ़ सकता है । इसके अलावा, BOXCARS थाली कोई संरेखण की आवश्यकता को सुनिश्चित करने के लिए दो उत्पादित मुस्कराते हुए समानांतर हैं । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig5large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59040/59040fig6.jpg"> चित्रा 6: upconversion मॉड्यूल के लिए पंप लेजर डायोड वर्तमान के एक समारोह के रूप में intracavity शक्ति । प्रत्येक बिंदु गुहा के तीन अलग संरेखण से मापा शक्ति का एक औसत है और त्रुटि सलाखों के अलग प्रियपात्र के बीच फैल संकेत मिलता है । आदर्श लेजर व्यवहार से विचलन लेजर क्रिस्टल और PPLN क्रिस्टल में थर्मल प्रभाव के कारण होता है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59040/59040fig6large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>

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Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

यहां, हम एक प्रोटोकॉल पेश करने के लिए संवेदनशील प्रदर्शन, स्थानिक मध्य अवरक्त क्षेत्र में गैस स्पेक्ट्रोस्कोपी का समाधान, अपपरिवर्तन का पता लगाने के साथ संयुक्त विजनित चार लहर मिश्रण का उपयोग कर ।

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