Hochgeschwindigkeitsüberwachung mehrerer Gase

Einführung

Doppelkammspektrum ist eine leistungsstarke Technologie, die in einer Vielzahl von praktischen Anwendungen weit verbreitet wird. Es spielt eine entscheidende Rolle in der Umweltüberwachung, der industriellen Prozesssteuerung, der Atmosphärenforschung, der Verbrennungsanalyse und vielen anderen Bereichen. Durch die Messung der Wechselwirkungen zwischen Photomolekülen und Gasmolekülen bietet die Spektroskopie wertvolle Einblicke in die Zusammensetzung, Konzentrationen und andere Eigenschaften von Gasen.

Breitbandmethoden wie das Fourier-Transformationsspektrum werden häufig im Gasspektrum verwendet. Die Fourier-Transformationsspektrometrie verwendet ein Interferometer, um das Verhältnis zwischen Lichtintensität und Wellenlänge zu messen. Diese Methode erfasst das gesamte Spektrum gleichzeitig und ermöglicht die Analyse mehrerer Gase in einer Messung.

Hauptherausforderung: Optische Verzögerungsscanning in der Fourier-Transformationsspektrometrie

Das herkömmliche Fourier-Transformationsspektrum stellt Herausforderungen dar, um eine hohe Auflösung und eine schnelle Aktualisierungsrate zu erreichen. Die spektrale Auflösung wird durch die Differenz in der Länge des Interferometer-Arms begrenzt, was möglicherweise unrealistische Differenzen in den Lichtverzögerungswegen erfordert. Darüber hinaus haben die mechanischen Scanmechanismen, die im Fourier-Transformationsspektrum verwendet werden, in der Regel Einschränkungen in Bezug auf Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit. Diese Einschränkungen treiben die Nachfrage nach alternativen Methoden, die diese Herausforderungen überwinden und eine höhere Leistung in Gasspektralanwendungen bieten können.

Doppelkammspektrum

Doppelkammspektrometrie ist eine ausgezeichnete Technik, die Frequenzkämme verwendetAusgezeichnetEigenschaften zur Realisierung eines hochauflösenden Gasspektrums mit einer schnellen Aktualisierungsrate. Im Gegensatz zu herkömmlichen Spektrologiemethoden ist das Doppelkammspektrum nicht auf mechanisches Scannen oder bewegliche Teile angewiesen. Stattdessen verwendet es zwei genau gesteuerte Frequenzkämme, um ein stabiles und kohärentes Zeitinterferenzbild zu erzeugen, aus dem spektrale Informationen durch eine einfache Fourier-Transformation extrahiert werden können.

Darüber hinaus bietet das Doppelkammspektrum eine schnelle Aktualisierungsrate, die eine Echtzeit- und kontinuierliche Überwachung von Gasproben ermöglicht. Mit einer einfachen Photodiode kann das gesamte Gasspektrum schnell erfasst werden, ohne mechanische Scans zu benötigen und eine schnelle Datenerfassung ermöglicht werden. Diese schnelle Aktualisierungsrate ist besonders wertvoll für dynamische Gasanalysen und Prozesssteuerungsanwendungen, die für Echtzeitmessungen von entscheidender Bedeutung sind.

Abbildung der optischen Verzögerungsabtastparameter im THz-TDS-System, das von einem einkammigen Doppelkammlaser angetrieben wird. Ein optischer Verzögerungsscan mit einer Länge von 1/Frep wird je 1/Δfrep wiederholt, gegeben durch die Disharmonie Δfrep der beiden Kamm-Wiederholungsrate Frep

Doppelkammspektrum mit einkammigen Doppelkammlasern

Im Bereich der Doppelkammspektrometrie bieten Einkammer-Doppelkamm-Laser eine spezielle Methode zur Realisierung einer hochauflösenden Gasanalyse. In einer Einkammerkonfiguration stellt dies jedoch eine gemeinsame Herausforderung dar, da die beiden Lichtkämme in der Regel frei laufen und die Kohärenzzeit zwischen ihnen begrenzt ist.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, werden vor allem zwei Strategien angewendet: Schnelle Messungen oder zusätzliche Bearbeitungsschritte zur Erzielung eines langfristigen kohärenten Durchschnitts. Bei schnellen Messungen ist die Datenerfassung mit hoher Geschwindigkeit erforderlich, um die erforderlichen Informationen innerhalb einer begrenzten kohärenten Zeit zu erfassen. Diese Methode ermöglicht die Echtzeitanalyse von Gasproben, kann jedoch Einschränkungen für bestimmte Anwendungen verursachen.

Alternativ können zusätzliche Bearbeitungsschritte in der Einkammerdoppelkammspektrometrie verwendet werden, um einen langfristigen Kohärenzmittel zu erreichen. Eine Methode ist die Einführung eines 辅助lichen kontinuierlichen Wellen-Lasers (CW), der Veränderungen der relativen Phasen zwischen den Lichtkämmen verfolgt. Dieser Hilfslaser dient als Referenz für den kohärenten Durchschnitt und ermöglicht langfristige Stabilitätsmessungen ohne externe Stabilitätselektronik.

Eine andere Technik besteht darin, den Lichtkamm mit einer höheren Wiederholungsfrequenzverschiedenheit zu betreiben, wodurch eine selbstharmonische Probenahme der relativen Lichtphasen erreicht wird. In diesem Fall können Messergebnisse für die Kammzahlauflösung über eine unbegrenzte Messzeit erhalten werden. Diese Methode erfordert keine Stabilisierung der Elektronik und ermöglicht gleichzeitig eine genaue Gasanalyse.

Beide Strategien verbessern die Fähigkeit der Einkammer-Doppelkammspektrometrie und ermöglichen es, hochauflösende Gasmessungen über einen längeren Zeitraum durchzuführen. Ein Einkammer-Doppelkamm-Laser bietet eine einfachere und praktischere Lösung für Gaserfassungs- und Prozesssteuerungsanwendungen, ohne sich auf eine stabile Elektronik zu verlassen.

Vorteile von K2 Photonics im hochauflösenden Fourier-Transformationsspektrum

• Schnelle Scangeschwindigkeit

Der Einkammer-Doppelkammlaser ermöglicht hochauflösende Messungen mit einer hervorragenden Aktualisierungsrate von bis zu 100 kHz und in Ausnahmefällen sogar nahe 1 MHz.

• Hohe Genauigkeit

Das Doppelkammspektrum bietet eine hohe Messauflösung und ermöglicht eine präzise Probenahme der Gasabsorptionseigenschaften. Das K2-1000-System ermöglicht eine hervorragende Auflösung von 1 GHz und ist ideal für die Gaserfassung unter Umgebungsluftbedingungen.

• Kleine Größe

Keine lange und komplexe mechanische Verzögerungsleitung ist erforderlich, was die Umsetzung der hochleistungsstarken Fourier-Transformationsspektrumeinstellungen erheblich vereinfacht.

• Hohe Empfindlichkeit

Der Lock-Form-Solid-State-Laser erzeugt einen Laser mit ultraniedrigem Rauschen (RIN und Timing) bei hohen Frequenzen, was eine hohe Empfindlichkeit und eine begrenzte Messung des Rauschens ermöglicht.