Введение
Спектроскопические методы, основанные на использовании лазерных источников, имеют большой потенциал для выявления и мониторинга компонентов в газовой фазе. Высокая чувствительность и селективность лазера позволяет использовать их для количественной оценки атомов и молекул в образце. Квантово-каскадные лазеры, излучающие в области среднего ИК диапазона, обеспечивают высокое разрешение и позволяют идентифицировать спектр молекул в газовых образцах и в парах воды.
В настоящей стате рассматривает демонстрация работы лазерного спектрометра для исследования содержания этанола в образце. Соединение необходимо исследовать с помощью системы абсорбционной спектроскопии на основе квантово-каскадного лазера iCW-QCLAS. Компактная аппаратура может использоваться в качестве альтернативы существующих подходов к исследованию газообразных соединений, среди которых анализаторы «черного ящика» или газовые смеси в бутылках. Подход к анализу этанола с использованием квантово-каскадных лазеров можно экстраполировать для анализа других органических молекул в широком спектре приложений.
Экспериментальная установка
Рисунок 1. Схема системы для измерения этанола (без крышки); красная линия представляет путь инфракрасного лазерного пучка. Корпус под оптической платформой содержит все электронное оборудование. Размеры системы с крышкой составляют 33 х 30 х 63 см.
На рисунке 1 показана экспериментальная установка, использованная для анализа содержания молекул этанола в образце. Оптический модуль установлен на виброизолирующей платформе 0.3 х 0.6 м и электронные компоненты вынесены под платформу для удобства. Большой выбор виброизолирующих платформ предлагает компании ТМС и Standa.
В качестве источника среднего ИК излучения с распределенной обратной связью был выбран лазер Alpes Lasers, излучающий на длине волны 9.3 мкм. Лазерный пучок формируется в объективе 12.7 мм, на линзы которого нанесены антибликовые покрытия. Объектив был установлен в XYZ-транслятор для удобного перемещения и юстировки объектива вдоль осей. Аберрации минимизировались с использованием астигматической ячейки широкого диапазона AMAC-36 от Aerodyne Research. Излучение источника фокусировалось на приемнике с системой охлаждения (PVMI-4TE-10.6 от производителя Vigo System). Качественная направляющая оптика эффективно преломляла и отражала электромагнитную волну. Дополнительно использовался твердотельный эталон из германия в свободном спектральном диапазоне 0.049 см-1 (не показан на схеме) для перестраивания диапазона. Оптический модуль для лучшей стабилизации системы можно оснастить элементом охлаждения Пельтье. Продувание оптики сухим азотом позволило избежать поглощения, возникающего из-за насыщения воздушной среды водой. Давление и температура контролировались высокоточным термистором (10 кОм, BetaTHERM Sensors) и манометром (MKS Instruments).
Результаты
Рисунок 2. Генерация опорного спектра этанола в высоком разрешении. Обработка сигнала осуществлялась в четыре этапа: 1) генерация базовой линии при нулевом поглощении; 2) спектр пропускания этанола; 3) спектральные полосы при относительной настройке лазера; 4) колебательно-вращательный спектр пропускания воды, обозначенный * при абсолютной калибровке волнового числа.
Эти образцы спектров были получены при процедуре аппроксимации методом наименьших квадратов Левенберга-Маркардта, также была минимизирована суммарная погрешность между экспериментальными и справочными данными. Этот аналитический подход применим к статистике любых микроансамблей.
Рисунок 3. Спектр пропускания этанола с высоким разрешением (черный) в синтетическом воздухе. Используется квантово-каскадный лазер с распределенной обратной связью при давлении 100 гПа и комнатной температуре. Отмечено достаточно точное совпадение спектров при аппроксимации.
Лазерная спектроскопия хорошо известна как высокоселективный метод, но точное измерение миллионных долей этанола в газовой матрице, содержащей несколько процентов H2O, остается, однако, очень сложной задачей из-за возникающих шумов и переналожений спектра. В этом опыте неточность оценивается в 0.7 - 1% отн. ед.
Выводы
Была продемонстрирована эффективность применения квантово-каскадного лазера для точных измерений органических соединений с широкими спектрами поглощения. Это противоречит частому предположению о том, что только широкий спектральный охват позволяет избирательно измерять газообразные органические вещества, и, таким образом, это может привести к изменению парадигмы в измерении газа. Дальнейшие разработки в этой области, вероятно, найдут распространение в медицине, включая анализ дыхания методом QCLAS в среднем ИК диапазоне.
©Alpes Lasers
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Alpes Lasers на территории РФ
В статье описывается метод широкопольной квантовой микроскопии с пространственным разрешением 1,4 мкм, основанный на схеме с симметричными плечами холостых и сигнальных фотонов. Преимущества метода: высокие скорость, отношение сигнал/шум и устойчивость к рассеянному свету в сравнении с аналогичными методами квантовой визуализации.
В статье рассматриваются методы и аппаратные средства защиты высокоскоростных систем квантового распределения ключей от атак, связанных с засветкой детекторов одиночных фотонов интенсивным лазерным излучением.
Трансплантация митохондрий - важная терапевтическая стратегия восстановления энергообеспечения у пациентов с ишемической болезнью сердца (ИБС), однако есть ограничение в инвазивности метода трансплантации и потерей активности митохондрий. Здесь сообщается об успешной трансплантации митохондрий путем перорального приема для лечения ИБС. Результаты, полученные на животных моделях ИБС, показывают, что накопленные наномоторизованные митохондрии в поврежденной сердечной ткани могут регулировать сердечный метаболизм, тем самым предотвращая прогрессирование болезни.
В обзоре описываются возможности программируемой системы управления квантовыми вычислениями QCCS, разработанной Zurich Instruments. QCCS масштабируется для систем, содержащих свыше 100 кубитов, увеличивает точность выполнения операций, улучшает процесс считывания кубитов, а также позволяет внедрить быструю квантовую обратную связь для эффективной коррекции ошибок.
В статье исследуются характеристики научной камеры Tucsen Dhyana95 с BSI-sCMOS сенсором (КМОП-сенсором с обратной засветкой) при регистрации видимого излучения. Проводится сравнение характеристик BSI-sCMOS камеры со спецификацией BSI-CCD камеры.
В статье рассматриваются перспективы применения лазерного ударного упрочнения для улучшения эксплуатационных характеристик высококачественной керамики. Для проведения эксперимента используется излучение высокой энергии 2-й, 3-ей и 4-ой гармоник наносекундного Nd:YAG лазера Litron LPY10J.
г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3
