Nhiều loại khí giám sát tốc độ cao

giới thiệu

Quang phổ lược kép là một kỹ thuật mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi trong một loạt các ứng dụng thực tế. Nó đóng một vai trò quan trọng trong giám sát môi trường, kiểm soát quá trình công nghiệp, nghiên cứu khí quyển, phân tích đốt cháy và nhiều lĩnh vực khác. Bằng cách đo lường sự tương tác giữa các phân tử ánh sáng và khí, quang phổ học cung cấp những hiểu biết có giá trị về thành phần, nồng độ và các tính chất khác của khí.

Các phương pháp băng thông rộng, chẳng hạn như phổ biến đổi Fourier, thường được sử dụng cho phổ khí. Phương pháp quang phổ biến đổi Fourier sử dụng giao thoa kế để đo cường độ ánh sáng liên quan đến bước sóng. Phương pháp này nắm bắt toàn bộ quang phổ cùng một lúc, cho phép phân tích nhiều loại khí trong một phép đo duy nhất.

Thách thức chính: Quét độ trễ quang học trong quang phổ biến đổi Fourier

Phổ biến đổi Fourier truyền thống phải đối mặt với những thách thức trong việc đạt được độ phân giải cao và tốc độ cập nhật nhanh. Độ phân giải phổ bị giới hạn bởi sự khác biệt về chiều dài cánh tay giao thoa kế, có thể yêu cầu sự khác biệt về đường dẫn trễ ánh sáng không thực tế. Ngoài ra, cơ chế quét cơ học được sử dụng trong phổ biến đổi Fourier thường đặt ra những hạn chế về tốc độ, độ nhạy và độ tin cậy. Những hạn chế này thúc đẩy nhu cầu về các phương pháp thay thế có thể vượt qua những thách thức này và cung cấp hiệu suất cao hơn trong các ứng dụng phổ khí.

Quang phổ lược đôi

Quang phổ lược điện đôi là một kỹ thuật tuyệt vời, nó sử dụng lược điện tần sốXuất sắcĐặc tính để đạt được phổ khí có độ phân giải cao với tốc độ cập nhật nhanh. Không giống như các phương pháp phổ thông, phổ lược kép không phụ thuộc vào quét cơ học hoặc các bộ phận chuyển động. Thay vào đó, nó sử dụng hai lược tần số được điều khiển chính xác để tạo ra một bản vẽ giao thoa thời gian ổn định và kết hợp từ đó thông tin quang phổ có thể được trích xuất thông qua một biến đổi Fourier đơn giản.

Ngoài ra, quang phổ lược kép cung cấp tốc độ cập nhật nhanh chóng, cho phép theo dõi thời gian thực và liên tục các mẫu khí. Với một photodiode đơn giản, toàn bộ phổ khí có thể được chụp nhanh chóng mà không cần quét cơ học và thu thập dữ liệu tốc độ cao. Tốc độ cập nhật nhanh này đặc biệt có giá trị đối với các ứng dụng phân tích khí động và kiểm soát quá trình cần thiết cho các phép đo thời gian thực.

Một minh họa về các thông số quét độ trễ quang học trong hệ thống THz-TDS được cung cấp bởi laser một khoang, hai lược. Quét độ trễ quang học với độ dài 1/frep được lặp lại mỗi 1/Δfrep, được đưa ra bởi Δfrep không hài hòa của hai tỷ lệ lặp lại lược frep

Phổ lược kép sử dụng laser đơn khoang kép

Trong lĩnh vực quang phổ lược kép, laser lược kép một khoang cung cấp một phương pháp đặc biệt để đạt được phân tích khí có độ phân giải cao. Tuy nhiên, trong cấu hình một khoang, điều này đặt ra một thách thức chung vì hai lược ánh sáng thường chạy tự do và thời gian kết hợp hạn chế giữa chúng.

Để đối phó với thách thức này, hai chiến lược chính được sử dụng: đo nhanh hoặc thực hiện các bước xử lý bổ sung để đạt được mức trung bình liên kết dài hạn. Trong trường hợp đo nhanh, việc thu thập dữ liệu phải được thực hiện ở tốc độ cao để thu thập thông tin cần thiết trong thời gian kết hợp hạn chế. Phương pháp này cho phép phân tích thời gian thực các mẫu khí, nhưng có thể hạn chế một số ứng dụng.

Ngoài ra, các bước xử lý bổ sung có thể được sử dụng để đạt được mức trung bình kết hợp lâu dài trong quang phổ đơn buồng kép. Một phương pháp là giới thiệu một laser sóng liên tục phụ trợ (cw) để theo dõi sự thay đổi pha tương đối giữa các lược ánh sáng. Laser phụ trợ này cung cấp tham chiếu đến mức trung bình kết hợp, cho phép đo ổn định lâu dài mà không cần thiết bị điện tử ổn định bên ngoài.

Một kỹ thuật khác là làm cho lược hoạt động với sự khác biệt tần số lặp lại cao hơn, cho phép lấy mẫu pha ánh sáng tương đối tự nhất quán. Trong trường hợp này, kết quả đo độ phân giải dây lược có thể thu được trong thời gian đo vô hạn. Phương pháp này loại bỏ sự cần thiết phải ổn định các thiết bị điện tử trong khi vẫn cho phép phân tích khí chính xác.

Cả hai chiến lược này đều tăng cường khả năng của quang phổ học lược kép một khoang, cho phép thực hiện các phép đo khí có độ phân giải cao trong thời gian dài hơn. Laser một khoang kép để có được các phép đo phân giải dây lược mà không cần dựa vào các thiết bị điện tử ổn định, cung cấp một giải pháp dễ thực hiện và thiết thực hơn cho các ứng dụng cảm biến khí và kiểm soát quá trình.

Ưu điểm của K2 Photonics trong phổ biến đổi Fourier độ phân giải cao

• Tốc độ quét nhanh

Laser Single Cavity Dual Comb có khả năng thực hiện các phép đo độ phân giải cao với tốc độ cập nhật tuyệt vời ở tốc độ lên tới 100 kHz và thậm chí gần 1 MHz trong các trường hợp đặc biệt.

• Độ chính xác cao

Quang phổ lược kép cung cấp độ phân giải đo cao hơn, cho phép lấy mẫu chính xác các tính năng hấp thụ khí. Với hệ thống K2-1000, độ phân giải 1 GHz tuyệt vời có thể đạt được, lý tưởng cho cảm biến khí trong điều kiện không khí xung quanh.

• Kích thước nhỏ

Việc thực hiện các thiết lập phổ biến đổi Fourier hiệu suất cao được đơn giản hóa đáng kể mà không cần các đường trễ cơ học dài và phức tạp.

• Độ nhạy cao

Laser trạng thái rắn khóa tạo ra laser với tiếng ồn cực thấp (RIN và thời gian) ở tần số cao, cho phép đo độ nhạy cao, hạn chế tiếng ồn tán xạ.