多種ガス高速モニタリング

紹介

デュアルコーム分光法は強力な技術であり、様々な実用的な応用に広く応用されている。環境モニタリング、工業プロセス制御、大気研究、燃焼分析、その他多くの分野で重要な役割を果たしています。光分子とガス分子との相互作用を測定することにより、分光法はガス成分、濃度、その他の特性に関する貴重な知見を提供した。

フーリエ変換スペクトルなどの広帯域法は、通常ガススペクトルに用いられる。Fourier変換分光法は干渉計を用いて光の強度と波長の関係を測定する。この方法はスペクトル全体を同時に捕捉することができ、1回の測定で複数のガスを分析することができる。

主な課題：フーリエ変換スペクトル法における光遅延走査

従来のフーリエ変換スペクトルは、高分解能と高速更新速度を実現する上で課題に直面している。スペクトル分解能は干渉計のアーム長の違いによって制限され、これには非現実的な光遅延経路の違いが必要になる可能性がある。さらに、フーリエ変換スペクトルに使用される機械的走査機構は、通常、速度、感度、信頼性の面で制限をもたらす。これらの制限は、これらの課題を克服し、ガススペクトル用途においてより高い性能を提供する代替方法の必要性を促進する。

デュアルコームスペクトル

デュアル電気コーム分光法は、周波数電気コームを用いた優れた技術であるずば抜けている特性は、高速更新速度を有する高分解能ガススペクトルを実現する。従来のスペクトル法と異なり、デュアルコームスペクトルは機械的走査や移動部品に依存しない。対照的に、2つの正確に制御された周波数コームを用いて安定でコヒーレントな時間干渉パターンを生成し、簡単なフーリエ変換によってスペクトル情報を抽出することができる。

さらに、デュアルコームスペクトルは、ガス試料のリアルタイムおよび連続監視を可能にする高速更新速度を提供する。簡単なフォトダイオードを使用すると、機械的走査を必要とせずにガススペクトル全体を迅速に捕捉し、高速データ収集を実現することができます。この高速更新速度は、リアルタイム測定にとって重要な動的ガス分析とプロセス制御の応用に特に価値がある。

単一共振器二重コームレーザにより駆動されるTHz−TDSシステムにおける光遅延走査パラメータの図示。長さ1/frepの光遅延走査を1/Δfrep毎に1回繰り返し、2つの櫛形繰返し速度frepの離調Δfrepにより与えられる

単一キャビティ二重光コームレーザを用いた二重光コームスペクトル

二重光コーム分光法の分野では、単腔二重光コームレーザは高分解能ガス分析を実現するための特別な方法を提供した。しかし、単一キャビティ構成では、2つの光コームは通常自由に動作するため、それらの間のコヒーレンス時間は限られており、これは一般的な課題をもたらしている。

この課題に対応するために、長期コヒーレンス平均を達成するために、迅速な測定または追加の処理ステップの2つの戦略が主に採用されています。高速測定の場合は、限られたコヒーレンス時間内に必要な情報を取得するために、高速でデータ収集を行う必要があります。この方法により、ガスサンプルのリアルタイム分析が可能になりますが、いくつかの用途に制限が生じる可能性があります。

あるいは、単一空洞二重光コーム分光法では、長期コヒーレンス平均を達成するために追加の処理ステップを採用することができる。1つの方法は、コーム間の相対位相の変化を追跡するための補助連続波（cw）レーザを導入することである。この補助レーザはコヒーレント平均化のための参照を提供し、外部安定化電子機器を必要とせずに長期安定測定を実現することができる。

もう1つの技術は、光コームをより高い繰り返し周波数差で動作させ、自己無撞着な相対光位相サンプリングを実現することである。この場合、櫛歯線分解測定結果は無限長の測定時間で得ることができる。この方法は電子機器を安定させる必要はなく、同時に正確なガス分析を実現することができる。

この2つの戦略は、より長い時間にわたって高解像度ガス測定を行うことができるように、単腔二重光コーム分光法の能力を強化している。単一キャビティ二重光コームレーザは安定した電子機器に依存することなく櫛歯線分解測定結果を得ることができ、ガスセンシングとプロセス制御応用により実現しやすく、実用的な解決策を提供した。

高分解能フーリエ変換スペクトルにおけるK 2 Photonicsの利点

•スキャン速度が速い

単一キャビティ二重光コームレーザは、100 kHzまで、特殊な場合には1 MHzにも近い優れた更新速度で高分解能測定を行うことができます。

•精度が高い

デュアルコームスペクトルは高い測定分解能を提供し、ガス吸収特性を正確にサンプリングすることができる。K 2-1000システムを使用すると、優れた1 GHz分解能を実現でき、環境空気条件下でのガスセンシングに最適です。

•小型

長く複雑な機械的遅延線を必要とせず、高性能フーリエ変換スペクトル設定の実現を大幅に簡略化した。

•感度が高い

モード同期固体レーザは高周波で超低雑音（RINとタイミング）のレーザを発生し、高感度、ショット雑音の制限された測定を実現することができる。