Die Bedeutung unseres Protokolls besteht darin, dass es die Nachweisgrenze senkt, so dass es möglich ist, die Konzentrationen kleinerer Arten zu untersuchen, die andere Methoden nicht erreichen können. Der Hauptvorteil dieser Technik ist die Hinzufügung des Upkonvertierungsmoduls, das einen Großteil des Hintergrundrauschens umgeht. Arbeiten Sie mit dem Setup für die Upkonvertierung, die im Erkennungsprozess verwendet wird.
Beginnen Sie, indem Sie die internen Elemente in der Einrichtung offenlegen. Eine Laserdiode und ein Kristall erzeugen einen 1064 Nanometer Strahl. Eine Reihe von Spiegeln leiten diesen Strahl durch einen PPLN-Kristall und zurück.
Ein Mittelinfrarotstrahl von außen geht auch durch den Kristall. Die beiden Strahlen erzeugen ein upkonvertiertes Signal, das den PPLN-Kristall verlässt und zu einem Detektor geht. Dieser Schaltplan bietet einen Überblick über das Setup.
Der mit der Laserdiode verwendete Kristall ist Neodiamant-Ytterbium-Orthovanadate. Die Symbole U1 bis U7 sind Spiegel, die bei 1064 Nanometern stark reflektiert werden. Die Spiegel U1 bis U5 sind bei der Wellenlänge der Laserdiode hochtransmissiv.
Der Spiegel U6 ist im Bereich des upkonvertierten Signals transmissiv. Spiegel U7 ist transmissiv für das Mittelinfrarotsignal. Der Spiegel U3 hat einen Krümmungsradius von 200 mm.
Die anderen Spiegel sind flach. Verwenden Sie einen flachen Spiegel auf einer komödiantischen Halterung, um eine Ausrichtungshöhle zu erstellen. Platzieren Sie den Spiegel vor das Lasermedium, um als Endspiegel zu dienen.
Drehen Sie den Winkel der Halterung in extreme Positionen sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung. Als nächstes legen Sie eine infrarotempfindliche Strahlkarte vor den Spiegel U2. Entfernen Sie auch den PPLN-Kristall aus seiner Halterung. Die Anordnung ist in diesem Schaltplan dargestellt.
Der Endspiegel wird durch UH bezeichnet. Starten Sie die Laserdiode bei etwa einem Drittel ihrer maximalen Leistung. Richten Sie den Hohlraum aus, wiederholen Sie die folgenden Schritte. Ändern Sie den Winkel des Endspiegels, positiv 2 Grad in horizontaler Richtung.
Dann fegen Sie den vertikalen Winkel des Spiegels von einem Extrem zum anderen. Beobachten Sie dabei die Infrarotkarte für einen Strahl aus der Ausrichtungshöhle. Bei einem horizontalen Winkel des Endspiegels beginnt der Hohlraum während eines Schwenks des vertikalen Winkels zu faulenzen, was auf der Infrarotkarte zu sehen ist.
Wenn der Hohlraum lazing ist, wechseln Sie zwischen dem Anpassen des Winkels des Spiegels, um eine höhere Leistung zu erreichen, und der Reduzierung des Antriebsstroms. Am Ende, haben Sie die Macht, so dass der Strahl, der den Spiegel verlässt, mit der IR-Karte gut sichtbar ist. Entfernen Sie nun die Infrarotkarte und beginnen Sie mit der Einstellung des Spiegels, der sich dahinter befand, U2. Passen Sie den Spiegel so an, dass der Ausrichtungsstrahl von der Mitte bis zur Mitte des Spiegels U3 reflektiert wird. Passen Sie den Winkel des Spiegels U3 so an, dass der Strahl entlang des gewünschten Pfades zum Spiegel U7 zentriert weitergeführt wird. Stellen Sie sicher, dass der Strahl die PPLN-Halterung in der entsprechenden Höhe durchläuft und dass er senkrecht zur Kristalloberfläche verläuft.
Entfernen Sie anschließend das Germanium-Fenster und legen Sie eine Infrarotkarte hinter U7. In dieser Position wird die IR-Karte fluoreszieren, da ein IR-Strahl den Hohlraum verlässt. Passen Sie nun den Winkel von U7 an, um den Pfad des Ausrichtungsbalkens zu reflektieren. Überwachen Sie die Infrarotkarte auf den übertragenen Strahl, und legen Sie den Spiegelwinkel fest, um den Ausgang zu maximieren.
Fahren Sie fort, indem Sie den PPLN-Kristall in der Halterung montieren, damit der Strahl durch einen seiner Kanäle geht. Überprüfen Sie, ob der Strahl auf der IR-Karte noch sichtbar ist. Wenn dies der Zutun hat, passen Sie U7 an, um die Ausgabe zu maximieren, bevor Sie fortfahren.
Schalten Sie an dieser Stelle die Laserdiode aus und entfernen Sie den Endspiegel. Befestigen Sie einen 750 Nanometer langen Passfilter am Eingang zum Upconversion-Setup. Legen Sie einen Leistungsmesser hinter den Filter.
Passen Sie mit der Laserdiode bei voller Leistung den Winkel von U2 und U7 an, um die Leistung zu maximieren. Ersetzen Sie dann den Leistungsmesser durch eine hochleistungsfähige Infrarotkarte. Überprüfen Sie mit der Karte, ob der Hohlraum im grundlegenden galizischen Modus läuft.
Passen Sie den Spiegel U7 nach Bedarf an. Entfernen Sie den Filter, und schließen Sie das Germanium-Fenster wieder an. Fahren Sie fort, um das Infrarot-degenerierte Vier-Wellen-Misch-Setup auszurichten.
Das Setup umfasst einen Pulslaser, einen Helium-Neonlaser sowie Spiegel und Linsen, um die Strahlen an den Eingang des montierten Upconversion-Detektors zu leiten. Die Ersteinrichtung wird in diesem Schaltplan dargestellt. Der Helium-Neonlaser bietet einen Führungsstrahl.
Verwenden Sie die Spiegel M3 und M4, um den Führungsstrahl mit der Linse L1 auszurichten. Passen Sie die Spiegel so an, dass der Strahl in der Mitte auf das Objektiv L1 trifft. Legen Sie eine Boxcarsplatte zwischen dem Spiegel M4 und der Linse L1 ein. Platzieren Sie es in einem 45-Grad-Vertikalwinkel vom horizontalen Strahl. Stellen Sie sicher, dass die Anordnung zwei Ausgangsträger erzeugt.
Legen Sie nach dem ersten eine zweite Boxcarsplatte ein. Haben Sie es in einem 45 Grad horizontalen Winkel von den Ausgangsstrahlen. Stellen Sie sicher, dass die Leistung über vier Strahlen verfügt.
Als nächstes passen Sie die Winkel der Kastenwagenplatten an die vier Ausgangsbalken an, die die Ecken eines Quadrats bilden. Passen Sie das Objektiv L1 so lange an, bis die Strahlen gleichmäßig um die Mitte verteilt sind. Platzieren Sie nun eine Iris im Pfad der Balken.
Ordnen Sie die Iris an, um drei Pumpenstrahlen zu blockieren und lassen Sie den Signalstrahl passieren. Dieser Schaltplan stellt den Zustand des Systems an dieser Stelle dar. Die nächsten Schritte betreffen die Linse L2 und die Spiegel M5 und M6. Um den Strahl zu kollimieren, richten Sie die Linse L2 mithilfe der Brennweite der Wellenlänge des Pulslasers aus.
Dann positionieren Sie die Spiegel M5 und M6, so dass der Führungsstrahl auf das Eingangsfenster des Upconversion-Detektors gerichtet wird, wo der Strahl zentriert werden soll. Platzieren Sie die Linse L3 einen optischen Abstand von einer Brennweite von der Mitte des PPLN-Kristalls. Entfernen Sie das Germanium-Fenster des Detektors, um fortzufahren.
Auf diese Weise kann der 1064 Nanometer strahl das Upconversion-Modul verlassen. Als nächstes beginnen Sie mit der Verwendung von Spiegel M6, um den Strahl vom Detektor zu bewegen, und bringen Sie ihn auf den Signalstrahl, damit sie sich an der Linse L2 überlappen. Alternativ dazu mit der Verwendung von Spiegel M5, um den Führungsstrahl auf den 1064 Nanometer Strahl bei L3 zu bewegen. Stoppen Sie, wenn der 1064 Nanometer Strahl und der Führungsstrahl dem gleichen Weg folgen. Schließen Sie das Germanium-Fenster wieder an das Upkonvertierungsmodul an.
Stellen Sie dann mehrere Neutraldichtefilter vor den Detektor, um ihn vor dem Pulslaser zu schützen. Schalten Sie den Pulslaser ein und stellen Sie sicher, dass er sich mit dem Führungsstrahl überlappt. Platzieren Sie nun den gasstrom- oder flammen, der am Brennpunkt der Linse L1 gemessen werden soll. Bei dieser Messung wird der in Stickstoff verdünnte Methanfluss durchgeführt.
Überprüfen Sie, ob das Signal auf dem Detektor sichtbar ist. Passen Sie die Neutraldichtefilter nach Bedarf an. Wenn es ein Signal gibt, maximieren Sie seine durchschnittliche Intensität, indem Sie die Spiegel M5 und M6 anpassen. Fahren Sie fort, indem Sie den Signalstrahl mit einem Strahlblock auf einer Übersetzungsstufe blockieren.
Entfernen Sie dann die Neutraldichtefilter, die sich vor dem Detektor befinden. Zunächst kann es ein Signal aufgrund von Licht geben, das in den Detektor gestreut wird. Passen Sie mit der Übersetzungsstufe die Position des Strahlblocks an, um diese Streuung zu reduzieren.
Fahren Sie fort, wenn das Signal aufgrund der Lichtstreuung so weit wie möglich reduziert wurde. Der nächste Schritt besteht darin, den Gasstrom einzuschalten, damit die Messungen beginnen können. Sammeln Sie dann Daten, indem Sie den Upconversion-Detektor mit dem Pulslaser richtig auslösen und den Wellenlängenbereich scannen.
Diese Daten beziehen sich auf fünf verschiedene Konzentrationen von Blausäure in Stickstoffgas. Jeder Punkt stellt den Durchschnitt von drei Scans bei jeder Konzentration dar. Der zentrale Gipfel ist die P20-Linie des NU1-Schwingungsbandes aus Blausäure.
Hier sind die Punkte die gemessenen Spitzenwerte in Abhängigkeit von der Konzentration. Die Strichlinie passt zum Polynom zweiten Grades. In diesem Fall zeigen die Daten fünf aufeinander folgende Scans von einer vorgemischten Flamme.
Jeder Scan erstreckt sich über etwa 65 Sekunden und deckt den gleichen Bereich der Wellenzahl ab. Die Änderung der Intensität von Scan zu Scan ist, weil der Laserpulsmodus und die Energie nicht stabil sind. Kein einzelner Schritt ist der wichtigste, aber wenn Messungen vergleichbar sein müssen, muss die Ausrichtung jedes Mal die gleiche Höhenposition aufweisen.
Zu lernen, diese Einrichtung durch Versuch und Irrtum auszurichten, würde viel Zeit verschwenden, weshalb ich den Prozess demonstrieren wollte, damit die Menschen Fallstricke vermeiden können. Die Einführung des Upkonversionsmoduls ermöglichte es uns, die Freisetzung der kleinen Art Blausäure aus der Vergasung kleiner Pellets zu erkennen. Dieses Protokoll umfasst die Verwendung von Lasern der Klasse 4 und möglicherweise die Verwendung von brennbaren Gasen, und die entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen müssen immer eingehalten werden.
