該技術(shù)文章展示了一個(gè)寬帶光譜氣體分析裝置，覆蓋850和1250 cm?1之間的分子指紋區(qū)域缀踪。該裝置能夠研究復(fù)雜的氣體混合物居砖，因?yàn)槎嗤ㄇ坏聂敯粜员ＷC了在全光譜掃描中穩(wěn)定的相互作用長(zhǎng)度。對(duì)于需要靈敏度在ppmv和數(shù)百ppbv水平的應(yīng)用驴娃，該系統(tǒng)是快速估計(jì)氣體樣品組成而無(wú)需任何預(yù)處理的理想選擇奏候。此外，通過增加多通腔引入的延遲并在單個(gè)探測(cè)器中測(cè)量吸收和歸一化信號(hào)唇敞，靈敏度可以提高10倍蔗草。
氣體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置概述
實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖概述如圖1所示。它的主要組成部分是:一個(gè)激光源疆柔、一個(gè)增強(qiáng)吸收的多通腔和兩個(gè)監(jiān)測(cè)激光強(qiáng)度和測(cè)量多通腔后吸收信號(hào)的探測(cè)器咒精。用與激光共對(duì)準(zhǔn)的可見光激光測(cè)距儀(徠卡DISTO D2)作為導(dǎo)光束，測(cè)量多通腔內(nèi)的相互作用距離旷档。
圖1
激光源是Block Engineering的LaserScope單元的一部分模叙。它由兩個(gè)協(xié)同排列的可調(diào)qcl組成。一個(gè)QCL覆蓋21250px?1 ~ 25250px?1區(qū)域鞋屈，第二個(gè)QCL輻射25250px?1 ~ 31250px?1區(qū)域范咨。qcl使用Littrow配置中的衍射光柵與反向提取來(lái)調(diào)整波數(shù)故觅。光柵的角度位置由壓電元件控制。因此湖蜕，發(fā)射波數(shù)是用施加在壓電上的電壓來(lái)校準(zhǔn)的逻卖。qcl的波數(shù)精度為0.1 cm?1。qcl的平均功率根據(jù)發(fā)射的波數(shù)在0.5到12 mw之間變化昭抒。兩個(gè)qcl都是脈沖的，脈沖重復(fù)率為200 khz炼杖，脈沖的時(shí)間寬度為208 ns灭返。這些參數(shù)在發(fā)射強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面是z優(yōu)的。使用脈沖qcl是因?yàn)樗鼈冊(cè)谑覝叵鹿ぷ鞣€(wěn)定坤邪。
圖中多通腔是基于McManus等人所描述的改進(jìn)的Herriot結(jié)構(gòu)熙含。它由兩個(gè)2.5英寸的像散反射鏡(Aerodyne Research, Inc.)構(gòu)成，在qcl全光譜范圍內(nèi)的反射率r > 0.983艇纺。沿光軸方向測(cè)得的反射鏡間距為32.4 cm怎静。鏡子被放置在定制的安裝在一個(gè)不銹鋼真空電池。該電池具有一個(gè)輸入ZnSe窗口(Thorlabs WG71050-F)黔衡，在工作光譜范圍內(nèi)透射t > 0.95蚓聘。腔內(nèi)反射的次數(shù)n決定了可實(shí)現(xiàn)的相互作用路徑長(zhǎng)度，但它也通過強(qiáng)度減小系數(shù)k決定了從腔內(nèi)出來(lái)的光量盟劫，盡管這種類型的空腔允許相互作用長(zhǎng)度達(dá)到100米夜牡，但我們更喜歡相互作用長(zhǎng)度為54.36米的配置，它足夠長(zhǎng)侣签，可以檢測(cè)濃度水平為幾ppmv的分子塘装，同時(shí)提供強(qiáng)輸出信號(hào)。多通電池輸出的功率是進(jìn)入電池的激光功率的5.5%影所。電池的總?cè)莘e為0.6升蹦肴。多重反射和緊湊的結(jié)構(gòu)允許激光穿過電池的大部分體積，從而允許與整個(gè)氣體樣品均勻相互作用猴娩。
使用壓力控制器(Bronkhorst, P-702CV-1K1A-RAD-22-V)和隔膜真空泵(Vacuubrand MD 1)來(lái)控制腔內(nèi)的壓力阴幌。壓力測(cè)量對(duì)光譜中含有尖銳吸收線的分子尤為重要。由于不同的影響胀溺，例如碰撞或多普勒增寬裂七，這些譜線可能會(huì)變寬。為了控制細(xì)胞內(nèi)樣品的注射仓坞，使用一套質(zhì)量流量控制器(Bronkhorst, F-201CV1K0-RAD-22-V)背零，這樣可以使用單稀釋和雙稀釋技術(shù)制備所需濃度的樣品。
對(duì)于檢測(cè)无埃，可使用兩個(gè)熱電冷卻(TEC)汞鎘碲化(MCT)探測(cè)器和一個(gè)快速采集卡(NI-PCI 5922)徙瓶。如圖所示毛雇，主探測(cè)器采集多通腔產(chǎn)生的信號(hào)。該探測(cè)器(VIGO System, PVI-4TE-10.6-0.3x0.3-TO8-BaF2)的截止頻率為100 MHz侦镇，采集卡的采樣率為每秒10兆采樣(MS/s)灵疮，可以檢測(cè)每個(gè)脈沖的峰值功率，提高測(cè)量的信噪比(SNR)壳繁。第二個(gè)探測(cè)器(激光范圍單元震捣，塊工程)是必要的，以監(jiān)測(cè)激光強(qiáng)度直接在qcl外闹炉，并標(biāo)準(zhǔn)化每個(gè)脈沖的強(qiáng)度蒿赢。這種歸一化使qcl的脈沖強(qiáng)度變化min化，并提高了系統(tǒng)的靈敏度渣触。
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