Ein DFG-basiertes Cavity-Ring-Down-Spektrometer zur Spurengasmessung im mittleren Infrarotbereich

KE Whittaker, L. Ciaffoni, G. Hancock, R. Peverall und GAD Ritchie

Abstrakt

Es werden weiterführende Untersuchungen an einem auf Diodenlasern basierenden 3,3-µm-Differenzfrequenz-Ringdown-Spektroskopiesystem vorgestellt. Das Licht eines 1560-nm-Diodenlasers, verstärkt durch einen Erbium µm dotierten Faserverstärker, wurde mit 1064-nm-Diodenlaserstrahlung in einem periodisch gepolten µm -Kristall gemischt, um 16 µW Mittel-Infrarotlicht bei 3346 nm mit einer Konversionseffizienz von 0,05 % W⁻¹ cm⁻¹ zu erzeugen. Diese Strahlung wurde in einen 77 cm langen linearen Resonator mit einem mittleren Reflexionsgrad der Spiegel von 0,9996 eingekoppelt. Die gemessene Basislinien-Ringdown-Zeit betrug 6,07 ± 0,03 µs. Das Potenzial eines solchen Spektrometers wurde anhand der Untersuchung des P(3)-Übergangs in der fundamentalen 3F2-Bande von CH4 sowohl in einem kalibrierten CH4-Luft-Gemisch (7,5 ppmv) als auch in Atemproben von Methan- und Nicht-Methan-Produzenten demonstriert. Die Messungen erfolgten unter Bedingungen, bei denen der minimale detektierbare Absorptionskoeffizient (α_min) µm Bereich 2,8 × 10^-8 cm^-1 über 6 s bei einer Ringdown-Zeit von 20 Hz betrug. Allan-Varianz-Messungen ergaben einen optimalen µm _min-Wert von 2,9 × 10^-9 cm^-1 über 44 s.