2. Experimental The experimental se

2. Experimental
The experimental setup, similar to the one described in our ear-lier publication [24], is shown in Fig. 1.
The fiber laser intracavity spectrometer is based on the external cavity erbium-doped fiber laser, which is optically pumped by a single-mode diode laser operating at 980 nm (S-980-9mm-0350,
Axcel Photonics). The fiber used (R37PM01, OFS Fitel) is a single-mode polarization maintaining Er3+-doped silicafiber. Both ends of the fiber are polished perpendicular to the optical axis. Oneof them is anti-reflection (AR) coated at 1.57 m. A high reflection (HR) mirror provides high reflectivity at the laser wavelength(99.9%@1.57 m) and 90% transmission at the pump wavelength.This mirror is deposited on a 0.3 mm glass substrate, and the substrate is mechanically attached to the end of the fiber. To reduce spectral modulation of the laser output by interferometric fringes,the opposite side of the mirror substrate is AR-coated at 1.57 m.The aspheric lenses L1 (Thorlabs C230TM-B, N.A. = 0.55, f = 4.5 mm)and L2 (Thorlabs C220TM-B, N.A. = 0.25, f = 11 mm) are used for collimating the pump laser beam and focusing the pump light into the fiber, respectively. The aspheric lens L3 (Schott–Hoya A136,N.A. = 0.3, f = 15 mm), AR-coated at 1.55 m, focuses the laser beam emerging from the open end of the fiber onto the output coupler(OC) mirror. The laser emission spectrum can be tuned by translating lens L3 along the optical axis, exploiting the effect of chromatic aberration. The output coupler (OC) is an external plane dielectric mirror with 5% transmission. It is wedged by 10?to avoid interferometric fringes. The spectrum of the laser radiation is analyzed by a high resolution 1.25 m spectrograph, with a 100 grooves/mm echelle grating operating in the 11th order of dispersion. The spec-tra are recorded by an IR linear CCD camera (1024 pixels of 25 m,Sensors Unlimited SU1024LE) and stored in a computer. The dispersion of the spectrograph is 0.92 cm?1/mm or 0.023 cm?1/pixel.
The gas passes through a flow cell – a stainless steel tube 100 cm long, situated in a temperature-controlled tubular oven 60 cm long.The entire flow cell-oven assembly is placed inside the fiber laser cavity. The use of a relatively long tube is associated with the necessity to have fairly uniform temperature distribution along the optical path. The example of this temperature distribution measured by thermocouple along the tube is shown in Fig. 2 for nominal temperature of 973 K. The temperature within of the 80% of the oven length deviates from the nominal value by ?50 K and drops sharply outside of the oven.
Antireflection coated glass windows (12.6 mm thick, 1?wedge)at both sides of the tube are slightly tilted with respect to the opti-cal axis. The temperature profile along the optical axis rises sharply at the edges of the heated part of the tube. Inside the oven, the temperature profile is nearly flat with less than 50 K deviations from the nominal oven temperature. The gas flows are adjusted by calibrated mass-flow controllers (MC, Alicat Scientific).
In FLICAS the light transmission at the absorption line wave-length is governed by the Beer–Lambert law [23,24]:
I(, t)
=I0(t) exp(?n()Leff) (1)
where n is the concentration of absorbing molecules, () is the absorption cross section, and L is determined according to
(2)L is the total length of the cavity; l/L is the filling ratio, the fraction of the cavity filled by the absorber; c is the speed of light; and tgen is the time of generation. The total optical length of the laser cavity with a42-cm-long erbium-doped fiber is L = 181 cm. At room temperature the filling ratio can be determined by the distance between the optical windows in the cell (l=105 cm), so the filling ratio l/L=0.58.In experiments at elevated temperatures the total length of the gas absorbing at the oven temperature is 60 cm, but absorption by the cold gas at the edges of the tube must also be taken into account.
Immediately after switching the pump laser above the thresh-old, the fiber laser displays strong relaxation oscillations which are characteristic of solid state lasers [27]. The durations of the first few relaxation peaks are much shorter than the peak separation.In these experiments, the duration of the pump pulse was chosen such that the pump power drops immediately after the process of laser generation begins. Therefore, only one relaxation peak of fiber laser power was observed. The generation time in this case approx-imately equals the time difference between the end of the pump pulse and the maximum of the fiber laser pulse (see Fig. 3). Note,that since the duration of the relaxation peak is rather short, most of the light enters the spectrograph at the time tgen, and therefore the effective optical length Leffis well-defined. We estimate the uncertainty in Leff to be less than 10%. The generation time tgenin our experiments was 3.7 s, which corresponds under our conditions to an effective path length of 644 m.



3. Results and discussion
Fig. 4 depicts a fragment of CO and CO2 spectra calculated using HITRAN [28] at the room temperature and at 1000 K.
The spectral range shown in the figure is achievable with the laser used in this work. The total intensity of each spectrum decreases with increasing temperature, due to the dependency of the partition function. The observed total intensity of the absorption spectrum also depends on the gas concentration, which is not known and must be determined. Therefore, a temperature measurement can be made based on the relative intensities of various rotational lines in the spectrum. The spectra shown in Fig. 4 are normalized, so their total intensities are similar.
The full spectral range shown in Fig. 4 is obtained by tuning the laser with the L3 lens, as described in Section 2. The broadband emission of the laser at a fixed L3 position covers a narrower spectral range. The spectral range used in this work is shown as a grey shaded region in Fig. 4. We chose this range based on the following criteria. First, it must allow simultaneous determination of the CO and CO2 concentrations, with more sensitivity to CO since the CO2 concentration is substantially higher in most applications. Second, the selected range must allow temperature measurements and hence include lines which behave differently as the temperature changes.
The spectral range used in this work complies with these requirements. In this range, CO can be measured with high sensitivity and the temperature can be determined from rotational lines with high J numbers in the CO2 spectrum. The intensity of the CO spectrum in this spectral range is about 20 times higher than that of CO2. As mentioned above, this can be considered an advantage for many practical applications, where trace amounts of CO have tobe detected on top of a dominant CO2 background.
Fig. 4 also depicts the HITRAN spectrum of methane at room temperature and at 1000 K. The relative intensities of the different lines are practically the same at the two temperatures. On the other hand, the total intensity of the spectrum is reduced by a factor of 13, due to a strong increase in the partition function of this five-atom molecule. The reason for this uniform behavior of the different rotational lines has to do with deficient information about the lower-level energy of methane transitions in this spectral range(see a more detailed discussion later in the paper).
The spectral lines in our experiments are broadened mainly by collisions, since the Doppler width is narrower than the Lorentzian collisional linewidth by at least a factor of five even at 1200 K. How-ever, the apparatus linewidth accounts for additional broadening.Therefore, we use the following procedure for spectral simulation. After assigning the spectral lines, the spectra of individual molecules are simulated with the aid of HITRAN [28] or HITEMP [29](for its CO2 database), including collision broadening and line shift coefficients. The line intensity S(T) at temperature T is calculated based on the line intensity at the reference HITRAN temperature Tref= 296 K:

(3)where E is the energy of the lower transition level, Q(T) is the partition function from the HITRAN database, and c2 is the secondradiation constant = hc/k=1.4388 cm K. The correct wavenumber corresponding to the spectral line is determined using the pressure shift ? of the transition:
 (4)Thus, the monochromatic cross section () is given by
(5)where f(, T, p, ) is the Lorentzian lineshape function and p is pressure:
(6)
and the half linewidth (p, T) is calculated using airfrom HITRAN:
(7)

The coefficient n reflects the temperature dependence of the air-broadened half width from HITRAN. The spectral baseline wassimulated with a 5th–7th order polynomial. The Beer–Lambert law(Eq. (1)) was used to generate the resulting spectrum. In the nextstage, the generated spectrum was convoluted with the instru-mental lineshape function approximated by a Gaussian, using aLabVIEW code based on the fast Fourier transform algorithm.The polynomial coefficients along with the temperature andmolecule concentration(s) were evaluated using a nonlinear leastsquares fit (the Levenberg–Marquardt algorithm), with the aid of ahomemade LabVIEW program.Fig. 5 depicts measured and simulated spectrum of 2% CO dilutedby nitrogen to a total pressure of 1 atm at a temperature of 298 K.The best fit yields 1.9% CO concentration and a temperature of302 K.The inset in Fig. 5 demonstrates the excellent fit of a single spec-tral line. The temperature and concentration of CO can be accuratelyevaluated in this spectral range only near room temperature, sincein this range the CO spectrum contains rotational lines with rota-tional quantum numbers from 13

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

2. ทดลอง การทดลองตั้งค่า คล้ายกับอธิบายไว้ในสิ่งพิมพ์ของเราหู lier [24], เป็นแสดงใน Fig. 1 สเปกโตรมิเตอร์ intracavity เลเซอร์ไฟเบอร์อยู่ภายนอกช่อง doped เออร์เบียมไฟเบอร์เลเซอร์ ที่ optically สูบ โดยเลเซอร์ไดโอดโหมดเดียวปฏิบัติที่ 980 นาโนเมตร (S-980-9 มม.-0350Axcel โฟตอนิกส์) แบบไฟเบอร์ใช้ (R37PM01, Fitel ofs ที่บ่ง) เป็นโพลาไรซ์เป็นโหมดเดียวที่รักษา Er3 + -doped silicafiber ปลายทั้งสองของเส้นใยมีเส้นตั้งฉากสวยงามกับแกนแสง พวกเขาเป็น Oneof ป้องกันสะท้อน (AR) เคลือบ 1.57 เมตร กระจกสะท้อนสูง (HR) ให้มีการสะท้อนแสงสูงที่เลเซอร์ wavelength(99.9%@1.57 m) และ 90% ส่งที่ความยาวคลื่นปั๊ม ส่งกระจกนี้บนพื้นผิวแก้วเป็น 0.3 มม. และกลไกแนบกับพื้นผิวของเส้นใย ลดเอ็มสเปกตรัมของเลเซอร์แสดงผล โดยชาน interferometric ฝั่งตรงข้ามของพื้นผิวของกระจกจะเคลือบ AR ที่ 1.57 m.The งานเลนส์ L1 (Thorlabs C230TM-B, N.A. = 0.55, f = 4.5 mm) และ L2 (Thorlabs C220TM-B, N.A. = 0.25, f = 11 มม.) ใช้สำหรับ collimating แสงเลเซอร์ปั๊ม และเน้นปั๊มแสงในเส้นใย ตามลำดับ งานเลนส์ L3 (Schott-โฮย่า A136,N.A. = 0.3, f = 15 มม.), เคลือบ AR 1.55 เมตร โฟกัสแสงเลเซอร์จากเปิดท้ายของเส้นใยบนกระจก coupler(OC) ออก สามารถปรับช่องรับสัญญาณสเปกตรัมปล่อยก๊าซเลเซอร์เลนส์ L3 แกนแสง exploiting ผลของโค้ทติ้งผ่านกระบวนการ Coupler ออก (องศาเซลเซียส) เป็นกระจกเป็นฉนวนภายนอกเครื่องบินกับการส่งข้อมูล 5% เป็นครีมบัวหิมะ โดย 10 ? เพื่อหลีกเลี่ยงการ interferometric อยู่ เป็นวิเคราะห์สเปกตรัมของรังสีเลเซอร์ โดยมีความละเอียดสูง 1.25 เมตร spectrograph กับ echelle ร่อง 100 มม.เป็น grating ปฏิบัติในลำดับ 11 ของเธน ข้อมูลจำเพาะตราถูกบันทึก โดยมี IR เชิง CCD กล้อง (1024 พิกเซล 25 เมตร เซนเซอร์ SU1024LE จำกัด) และเก็บไว้ในคอมพิวเตอร์ กระจายตัวของ spectrograph เป็น 0.92 ซม.? 1/mm หรือ 0.023 ซม.? 1/พิก เซลก๊าซผ่านเซลล์กระแสท่อสแตนเลส 100 ซม.ยาว ห้องควบคุมอุณหภูมิท่อเตาอบยาว 60 ซม. แอสเซมบลีของกระแสทั้งเซลล์-เตาอบตั้งอยู่ภายในโพรงเลเซอร์ไฟเบอร์ ใช้หลอดค่อนข้างยาวที่สัมพันธ์กับความจำเป็นต้องมีการกระจายอุณหภูมิค่อนข้างสม่ำเสมอตลอดเส้นแสง ตัวอย่างการกระจายอุณหภูมินี้วัด โดย thermocouple ตามท่อจะแสดงใน Fig. 2 สำหรับระบุอุณหภูมิ 973 คุณ อุณหภูมิภายใน 80% ของความยาวของเตาอบแตกต่างจากมูลค่าที่โดย? 50 K และลดลงอย่างรวดเร็วนอกเตาอบหน้าต่างกระจกเคลือบ antireflection (12.6 mm หนา 1 ? ลิ่ม) ที่ทั้งสองด้านของท่อจะเล็กน้อยยืดกับแกน opti cal โพรไฟล์อุณหภูมิแกนแสงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ขอบของส่วนของท่ออุ่น ภายในเตาอบ ค่าอุณหภูมิได้เกือบแบน มีน้อยกว่า 50 K ความเบี่ยงเบนจากอุณหภูมิเตาอบที่ระบุ กระแสก๊าซมีการปรับปรุง โดยการปรับเทียบมวลตัวควบคุมการไหล (MC, Alicat วิทยาศาสตร์)ใน FLICAS การส่งผ่านแสงที่ดูดซึมรายการคลื่นยาวเป็นไปตามกฎหมายเบียร์ – Lambert [23,24]:ฉัน (, t)=I0(t) exp(?n () Leff) (1)ความเข้มข้นของการดูดโมเลกุล n, ()ถูกดูดซึมส่วนข้าม และ L จะถูกกำหนดตาม (2) L คือ ความยาวรวมของช่อง l/L เป็นบรรจุอัตราส่วน สัดส่วนของช่องที่กรอก โดยวิบาก c คือ ความเร็วของแสง และ tgen เป็นรุ่น L คือความยาวรวมแสงของช่องเลเซอร์กับไฟเบอร์ doped เออร์เบียม a42 cm ยาว = 181 cm ที่อุณหภูมิห้อง อัตราบรรจุที่สามารถถูกกำหนด โดยระยะห่างระหว่างหน้าต่างแสงในเซลล์ (l = 105 ซม), เพื่อทดลองอัตราบรรจุ l/L=0.58.In ยกระดับอุณหภูมิความยาวรวมของดูดก๊าซอุณหภูมิเตาเป็น 60 ซม. แต่ยังต้องมาดูดซับ โดยก๊าซเย็นที่ขอบของหลอดเข้าบัญชีได้ทันทีหลังจากเปลี่ยนเลเซอร์ปั๊มข้างเก่า thresh ไฟเบอร์เลเซอร์แสดงแกว่งผ่อนแรงซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของแสงเลเซอร์ของแข็ง [27] ระยะเวลายอดผ่อนน้อยครั้งแรกสั้นกว่าแยกสูงสุดได้ ในการทดลองเหล่านี้ ระยะเวลาของพัลส์ปั๊มถูกเลือกให้พลังงานปั๊มลดลงทันทีหลังจากเริ่มต้นกระบวนการสร้างเลเซอร์ ดังนั้น คเป็นเพียงหนึ่งของไฟเบอร์เลเซอร์พลังงานถูกตรวจสอบ รุ่นที่เวลาในกรณีนี้เท่ากับประมาณ imately ความต่างของเวลาระหว่างปลายหมุนปั๊มและจำนวนไฟเบอร์เลเซอร์แบบหมุน (ดู Fig. 3) หมายเหตุ ที่ตั้งแต่ระยะเวลาของช่วงพักผ่อนค่อนข้างสั้น ส่วนใหญ่ของแสงป้อน spectrograph ที่ tgen เวลา และความยาวแสงมีประสิทธิภาพโดย Leffis เราประเมินความไม่แน่นอนใน Leff จะ น้อยกว่า 10% Tgenin เวลารุ่นทดลองของเราคือ 3.7 s ซึ่งสอดคล้องภายใต้เงื่อนไขของการเป็นเส้นทางที่มีประสิทธิภาพจำนวน 644 m3. ผลลัพธ์ และสนทนาFig. 4 แสดงให้เห็นส่วนของ CO และ CO2 แรมสเป็คตราที่คำนวณโดยใช้ HITRAN [28] ที่อุณหภูมิห้อง และ ที่ คุณ 1000ช่วงสเปกตรัมที่ปรากฏในภาพจะทำได้ โดยเลเซอร์ที่ใช้ในการทำงานนี้ ลดความเข้มทั้งหมดของสเปกตรัมแต่ละกับการเพิ่มอุณหภูมิ เนื่องจากการขึ้นต่อกันของฟังก์ชันพาร์ทิชัน สังเกตความเข้มทั้งหมดของสเปกตรัมดูดซึมยังขึ้นอยู่กับแก๊สความเข้มข้น ที่มีชื่อเสียง และต้องกำหนด ดังนั้น วัดอุณหภูมิสามารถทำตามในการปลดปล่อยก๊าซญาติของบรรทัดในการหมุนต่าง ๆ ในสเปกตรัม แรมสเป็คตราแสดงใน Fig. 4 มีตามปกติ เพื่อการปลดปล่อยก๊าซทั้งหมดจะเหมือนกันช่วงเต็มสเปกตรัมที่ปรากฏใน Fig. 4 จะได้รับ โดยเลเซอร์เลนส์ L3 ปรับแต่งตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 2 เล็ดรอดแบนด์ของเลเซอร์ที่ตำแหน่ง L3 ถาวรครอบคลุมช่วงสเปกตรัมแคบลง ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในการทำงานนี้จะแสดงเป็นพื้นที่แรเงาสีเทาใน Fig. 4 เราเลือกช่วงนี้ตามเงื่อนไขดังต่อไปนี้ ครั้งแรก มันต้องให้กำหนดพร้อมใบ CO และ CO2 ความเข้มข้น มีความไวมากขึ้นให้ CO เนื่องจากความเข้มข้นของ CO2 จะสูงมากในการใช้งานมากที่สุด สอง ช่วงที่เลือกต้องให้วัดอุณหภูมิ และรวมรายการที่แตกต่างกันเป็นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิดังนั้นช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในการทำงานนี้สอดคล้องกับข้อกำหนดเหล่านี้ ในช่วงนี้ สามารถวัด CO มีความไวสูง และอุณหภูมิที่สามารถกำหนดจากบรรทัดในการหมุนกับ J ตัวเลขที่สูงในสเปกตรัม CO2 ความเข้มของคลื่น CO ในช่วงสเปกตรัมนี้เป็นประมาณ 20 เท่าสูงกว่า CO2 ดังกล่าวข้างต้น นี้ถือได้ว่าการปฏิบัติโปรแกรมประยุกต์จำนวนมาก ที่ติดตามจำนวน CO มี tobe ที่พบบนพื้นหลัง CO2 หลักFig. 4 นอกจากนี้ยังมีภาพสเปกตรัม HITRAN ของมีเทน ที่อุณหภูมิห้อง และ ที่ คุณ 1000 ปลดปล่อยก๊าซญาติของบรรทัดแตกต่างกันจริงที่อุณหภูมิสอง บนมืออื่น ๆ รวมความเข้มของคลื่นจะลดลงตามสัดส่วนของ 13 เนื่องจากการเพิ่มขึ้นแข็งแกร่งในฟังก์ชันพาร์ทิชันของโมเลกุลอะตอมห้านี้ มีเหตุผลในการทำงานนี้เป็นรูปแบบของบรรทัดในการหมุนแตกต่างกับข้อมูลขาดสารเกี่ยวกับระดับพลังงานของการเปลี่ยนมีเทนในช่วงสเปกตรัมนี้ (ดูการสนทนารายละเอียดเพิ่มเติมในเอกสารในภายหลัง)เส้นสเปกตรัมในการทดลองของเรามีให้ส่วนใหญ่ โดยตาม เนื่องจากความกว้างของ Doppler แคบลงกว่า linewidth collisional Lorentzian โดยปัจจัยน้อยห้าห้อง 1200 วิธีคุณเคย บัญชี linewidth เครื่องสำหรับ broadening เพิ่มเติม ดังนั้น เราใช้ขั้นตอนต่อไปนี้สำหรับการจำลองสเปกตรัม หลังจากกำหนดเส้นสเปกตรัม จำลองแรมสเป็คตราของแต่ละโมเลกุล มีความช่วยเหลือของ HITRAN [28] หรือ HITEMP [29] (สำหรับ CO2 ฐานข้อมูล), รวมทั้งชน broadening และสัมประสิทธิ์กะบรรทัด บรรทัดความเข้ม S(T) ที่อุณหภูมิ T คำนวณตามความรุนแรงของรายการที่อ้างอิง HITRAN อุณหภูมิ Tref = 296 K:(3) ซึ่งเป็นพลังงานของระดับช่วงล่าง Q(T) เป็นฟังก์ชันการพาร์ติชันจากฐานข้อมูล HITRAN และ c2 มีค่าคง secondradiation = hc/k = 1.4388 ซม.คุณ Wavenumber ถูกต้องสอดคล้องกับเส้นสเปกตรัมจะถูกกำหนดโดยใช้ความดันกะ ช่วงการเปลี่ยนภาพ:ดังนี้ (4), ()ส่วนขนยังถูกกำหนดโดย(5) f (, T, p,) คือฟังก์ชัน Lorentzian lineshape และ p คือ ความดัน:(6)และคำนวณ linewidth ครึ่ง (p, T) โดยใช้ airfrom HITRAN:(7)N สัมประสิทธิ์สะท้อนให้เห็นถึงการพึ่งพาอุณหภูมิของอากาศให้ครึ่งความกว้างจาก HITRAN Wassimulated พื้นฐานสเปกตรัมกับใบ 5 – 7 พหุนาม กฎหมายเบียร์ – Lambert (Eq. (1)) ที่ใช้ในการสร้างสเปกตรัมได้ ใน nextstage สเปกตรัมสร้างที่คดเคี้ยว ด้วยฟังก์ชัน lineshape instru จิตเลียนแบบ โดยแบบ Gaussian ใช้รหัส aLabVIEW ตามอัลกอริทึมการแปลงฟูรีเยได้อย่างรวดเร็ว สัมประสิทธิ์พหุนามกับ concentration(s) andmolecule อุณหภูมิได้ประเมินการใช้พอดี leastsquares ไม่เชิงเส้น (อัลกอริธึม Levenberg – Marquardt) ด้วยความช่วยเหลือของ ahomemade LabVIEW program.Fig. 5 มีภาพจำลอง และวัดสเปกตรัมของไนโตรเจน dilutedby CO 2% เพื่อความดันรวมของ 1 atm ที่อุณหภูมิ 298 K.The สุดพอดีทำให้ความเข้มข้นของ CO 1.9% และแทรก K.The of302 อุณหภูมิใน Fig. 5 แสดงให้เห็นยอดเยี่ยมพอดีบรรทัด tral สเปคเดียวกัน อุณหภูมิและความเข้มข้นของ CO จะ accuratelyevaluated ในช่วงนี้สเปกตรัมใกล้อุณหภูมิห้องเท่านั้น sincein CO ช่วงคลื่นนี้ประกอบด้วยบรรทัดในการหมุนหมายเลขควอนตัม tional ณ 13

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

2. การทดลอง
ติดตั้งทดลองคล้ายกับที่อธิบายไว้ในสิ่งพิมพ์หู lier ของเรา [24] จะปรากฏในรูป 1.
ไฟเบอร์เลเซอร์ intracavity สเปกโตรมิเตอร์จะขึ้นอยู่กับช่องภายนอกเส้นใยเลเซอร์เออร์เบียมเจือซึ่งจะสูบสายตาโดยไดโอดโหมดเดี่ยวเลเซอร์การดำเนินงานที่ 980 นาโนเมตร (S-980-9mm-0350,
แอ็กซ์เซล Photonics) เส้นใยที่ใช้ (R37PM01, OFS Fitel) เป็นขั้วเดียวโหมดการรักษา Er3 + -doped silicafiber ปลายทั้งสองของเส้นใยที่มีการขัดตั้งฉากกับแกนแสง oneof พวกเขาคือการป้องกันแสงสะท้อน (AR) เคลือบที่ 1.57? เมตร สะท้อนสูง (HR) กระจกสะท้อนแสงให้สูงในความยาวคลื่นแสงเลเซอร์ (99.9%@1.57? เมตร) และการส่ง 90% ที่ปั๊มกระจก wavelength.This ถูกวางลงบนพื้นผิว 0.3 มมแก้วและพื้นผิวที่แนบมาเครื่องเทศ ในตอนท้ายของเส้นใย เพื่อลดการปรับสเปกตรัมของการส่งออกโดยเลเซอร์ขอบ interferometric ที่ฝั่งตรงข้ามของพื้นผิวกระจกเป็น AR-เคลือบที่ 1.57? m.The aspheric เลนส์ L1 (Thorlabs C230TM-B NA = 0.55, f = 4.5 มิลลิเมตร) L2 ( Thorlabs C220TM-B NA = 0.25, f = 11 มิลลิเมตร) จะใช้สำหรับการ collimating ปั๊มลำแสงเลเซอร์และมุ่งเน้นแสงปั๊มเป็นเส้นใยตามลำดับ aspheric เลนส์ L3 (A136-ชอตต์โฮยา, NA = 0.3, f = 15 มม), AR เคลือบที่ 1.55? เมตรเน้นแสงเลเซอร์โผล่ออกมาจากปลายเปิดของเส้นใยบน coupler เอาท์พุท (OC) กระจก การปล่อยคลื่นความถี่เลเซอร์สามารถปรับโดยแปลเลนส์ L3 พร้อมแกนแสง, การใช้ประโยชน์จากผลของสีปกติ coupler เอาท์พุท (OC) เป็นเครื่องบินภายนอกกระจกอิเล็กทริกที่มีระบบเกียร์ 5% มันถูกแทรกโดย 10 เพื่อหลีกเลี่ยงการแทรกสอดขอบ สเปกตรัมของแสงเลเซอร์ที่มีการวิเคราะห์โดยละเอียดสูง 1.25 ม. กล้องโทรทัศน์ที่มีร่อง 100 / mm Echelle ตะแกรงการดำเนินงานในลำดับที่ 11 ของการกระจาย ข้อมูลจำเพาะ tra จะถูกบันทึกโดยกล้อง CCD IR เชิงเส้น (1024 พิกเซล 25? เมตรเซนเซอร์ไม่ จำกัด SU1024LE) และเก็บไว้ในคอมพิวเตอร์ การกระจายตัวของกล้องโทรทัศน์เป็น 0.92 ซม. 1 / มมหรือ 0.023 ซม. 1 / พิกเซล?.
ก๊าซผ่านเซลล์ไหล - ท่อเหล็กสแตนเลส 100 เซนติเมตรยาวอยู่ในเตาอบท่อควบคุมอุณหภูมิ 60 ซม long.The ทั้งหมด ประกอบเซลล์ไหลเตาอบจะอยู่ภายในโพรงเส้นใยเลเซอร์ การใช้งานของหลอดค่อนข้างยาวมีความเกี่ยวข้องกับความจำเป็นที่จะมีการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมออย่างเป็นธรรมตามเส้นทางแสง ตัวอย่างของการกระจายอุณหภูมินี้วัดจากวัดไปตามท่อที่มีการแสดงในรูป 2 อุณหภูมิเล็กน้อยจาก 973 เคอุณหภูมิภายในของ 80% ของระยะเวลาในเตาอบเบี่ยงเบนไปจากค่าเล็กน้อยจาก 50 K และลดลงอย่างรวดเร็วด้านนอกของเตาอบ.
Antireflection หน้าต่างกระจกเคลือบ (12.6 มมหนา 1 ลิ่ม) ที่ ทั้งสองด้านของท่อที่มีการเอียงเล็กน้อยด้วยความเคารพกับแกน Opti-Cal อุณหภูมิตามแนวแกนแสงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ขอบของส่วนที่อุ่นของหลอด ภายในเตาอบที่อุณหภูมิเกือบแบนที่มีน้อยกว่า 50 K เบี่ยงเบนไปจากอุณหภูมิเตาอบที่ระบุ กระแสก๊าซจะถูกปรับโดยการสอบเทียบควบคุมการไหลของมวล (พิธีกร Alicat วิทยาศาสตร์).
ใน FLICAS การส่งผ่านแสงที่เส้นการดูดซึมคลื่นความยาวที่ถูกควบคุมโดยกฎหมายเบียร์-Lambert [23,24]:
ฉัน (t ?,)
= I0 (t) ประสบการณ์ (? n? (?) Leff) (1)
โดยที่ n คือความเข้มข้นของโมเลกุลดูดซับ? (?) คือการดูดซึมตัดขวางและ L จะถูกกำหนดตาม
(2) L นั้นทั้งหมด ความยาวของช่อง; ลิตร / L เป็นอัตราส่วนเติมส่วนของช่องเต็มไปด้วยโช้ค; c คือความเร็วของแสง; และ TGen เป็นช่วงเวลาของการสร้าง ความยาวรวมของแสงเลเซอร์ที่มีช่อง a42 ซมยาวเส้นใย erbium เจือเป็น L = 181 เซนติเมตร ที่อุณหภูมิห้องอัตราการเติมจะถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างหน้าต่างแสงในเซลล์ (L = 105 เซนติเมตร) ดังนั้นอัตราการเติมลิตร / L = 0.58.In การทดลองที่อุณหภูมิสูงความยาวรวมของก๊าซที่ดูดซับ เตาอบที่อุณหภูมิ 60 ซม. แต่การดูดซึมโดยก๊าซเย็นที่ขอบของท่อจะต้องนำมาพิจารณา.
ทันทีหลังจากที่เปลี่ยนข้างต้นเลเซอร์ปั๊มนวดเก่าแสดงเส้นใยเลเซอร์แนบแน่นผ่อนคลายที่แข็งแกร่งซึ่งเป็นลักษณะของรัฐที่มั่นคง เลเซอร์ [27] ระยะเวลาของยอดเขาผ่อนคลายไม่กี่ครั้งแรกมีมากน้อยกว่าจุดสูงสุด separation.In การทดลองเหล่านี้ระยะเวลาของการเต้นของชีพจรปั๊มได้รับการคัดเลือกดังกล่าวว่าอำนาจปั๊มลดลงทันทีหลังจากที่กระบวนการของเลเซอร์รุ่นเริ่มต้น ดังนั้นเพียงหนึ่งจุดสูงสุดผ่อนคลายของเส้นใยกำลังแสงเลเซอร์เป็นที่สังเกต เวลารุ่นในกรณีนี้ประมาณ-imately เท่ากับแตกต่างของเวลาระหว่างปลายชีพจรปั๊มและสูงสุดของเส้นใยเลเซอร์ (ดูรูปที่. 3) โปรดทราบว่าตั้งแต่ช่วงระยะเวลาของการผ่อนคลายสูงสุดที่ค่อนข้างสั้นมากที่สุดของแสงเข้ากล้องโทรทัศน์ที่ TGen เวลาและดังนั้นจึงมีความยาวแสงที่มีประสิทธิภาพ Leffis ที่ดีที่กำหนด เราประเมินไม่แน่นอนใน Leff จะน้อยกว่า 10% เวลา tgenin รุ่นทดลองของเราคือ 3.7? s ซึ่งสอดคล้องภายใต้เงื่อนไขของเราให้ความยาวของเส้นทางที่มีประสิทธิภาพของ 644 ม. 3 และการอภิปรายผลมะเดื่อ 4 แสดงให้เห็นว่าส่วนของ CO และ CO2 สเปกตรัมคำนวณโดยใช้ HITRAN [28] ที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 เคช่วงสเปกตรัมแสดงในรูปที่จะทำได้ด้วยเลเซอร์ที่ใช้ในงานนี้ ความรุนแรงรวมของแต่ละคลื่นความถี่ลดลงด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการขึ้นของฟังก์ชั่นพาร์ทิชัน สังเกตเห็นความรุนแรงทั้งหมดของสเปกตรัมการดูดซึมยังขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของก๊าซซึ่งไม่เป็นที่รู้จักและต้องได้รับการพิจารณา ดังนั้นการวัดอุณหภูมิสามารถทำได้ขึ้นอยู่กับความเข้มของญาติของสายการหมุนต่าง ๆ ในสเปกตรัม สเปกตรัมแสดงในรูป 4 ปกติดังนั้นความเข้มของพวกเขาทั้งหมดมีความคล้ายคลึง. ช่วงสเปกตรัมเต็มรูปแบบที่แสดงในรูป 4 จะได้รับการปรับแต่งโดยเลเซอร์ที่มีเลนส์ L3 ที่อธิบายไว้ในมาตรา 2 การปล่อยบรอดแบนด์ของเลเซอร์ในตำแหน่งที่คงที่ L3 ครอบคลุมช่วงสเปกตรัมแคบ ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในงานนี้จะแสดงเป็นสีเทาสีเทาภูมิภาคในรูป 4. เราเลือกช่วงนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขดังต่อไปนี้ ก่อนจะต้องให้ความมุ่งมั่นพร้อมกันของ บริษัท และความเข้มข้นของ CO2 ที่มีความไวมากขึ้นในการ CO ตั้งแต่ความเข้มข้นของ CO2 เป็นอย่างมากที่สูงขึ้นในการใช้งานมากที่สุด ประการที่สองช่วงที่เลือกจะต้องอนุญาตให้วัดอุณหภูมิและด้วยเหตุนี้รวมถึงสายที่ทำงานแตกต่างกันในขณะที่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ. ช่วงสเปกตรัมที่ใช้ในงานนี้สอดคล้องกับความต้องการเหล่านี้ ในช่วงนี้, โคโลราโดสามารถวัดได้ด้วยความไวสูงและอุณหภูมิที่สามารถตรวจสอบได้จากสายการหมุนที่มีตัวเลขสูงเจในคลื่นความถี่ CO2 ความเข้มของคลื่นความถี่ CO ในช่วงสเปกตรัมนี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับ 20 เท่าสูงกว่า CO2 ดังกล่าวข้างต้นนี้จะได้รับการพิจารณาประโยชน์สำหรับการใช้งานในทางปฏิบัติหลายที่ติดตามปริมาณของ CO Tobe ได้ตรวจพบที่ด้านบนของพื้นหลัง CO2 ที่โดดเด่น. รูป นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึง 4 คลื่นความถี่ HITRAN ของก๊าซมีเทนที่อุณหภูมิห้องและที่ 1000 เคเข้มญาติของเส้นที่แตกต่างกันในทางปฏิบัติเช่นเดียวกันที่สองอุณหภูมิ ในทางกลับกันความเข้มของคลื่นรวมจะลดลงโดยปัจจัยที่ 13 จากการเพิ่มขึ้นอย่างแข็งแกร่งในฟังก์ชั่นพาร์ทิชันนี้โมเลกุลห้าอะตอม เหตุผลนี้พฤติกรรมเครื่องแบบของสายการหมุนที่แตกต่างกันจะทำอย่างไรกับข้อมูลเกี่ยวกับการขาดพลังงานในระดับต่ำกว่าของการเปลี่ยนก๊าซมีเทนในช่วงสเปกตรัมนี้ (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลังในกระดาษ). รางรถไฟในการทดลองของเรามีการขยาย โดยส่วนใหญ่ชนกันเนื่องจากความกว้าง Doppler จะแคบกว่า linewidth Lorentzian collisional อย่างน้อยปัจจัยที่ห้าแม้ที่ 1200 เควิธีที่เคยบัญชี linewidth อุปกรณ์สำหรับ broadening.Therefore เพิ่มเติมเราจะใช้ขั้นตอนต่อไปสำหรับการจำลองสเปกตรัม หลังจากได้กำหนดเส้นสเปกตรัม, สเปกตรัมของแต่ละโมเลกุลมีการจำลองด้วยความช่วยเหลือของ HITRAN [28] หรือ HITEMP [29] (สำหรับฐานข้อมูลของ CO2) รวมทั้งการขยายการปะทะกันและค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงสาย ความเข้มของเส้น S (T) ที่อุณหภูมิ T คำนวณจากความเข้มของเส้นที่ HITRAN อ้างอิงอุณหภูมิ Tref = 296 K: (3) ที่ E เป็นพลังงานในระดับที่ต่ำกว่าการเปลี่ยนแปลง, Q (T) เป็นฟังก์ชั่นพาร์ทิชันจาก ฐานข้อมูล HITRAN และ c2 เป็นคง secondradiation = hc / k = 1.4388 ซมเค wavenumber ที่ถูกต้อง ?? สอดคล้องกับเส้นสเปกตรัมจะถูกกำหนดโดยใช้ความดันการเปลี่ยนแปลง? ของการเปลี่ยนแปลง: ?? ? (?) (4) ดังนั้นส่วนข้ามเดียวจะได้รับจาก(5) ที่ f (??, T, P,?) เป็นฟังก์ชั่น Lorentzian lineshape p และเป็นความดัน(6) ? และ linewidth ครึ่ง ( พีที) จะถูกคำนวณโดยใช้ airfrom HITRAN: (7) n สัมประสิทธิ์สะท้อนให้เห็นถึงการพึ่งพาอาศัยอุณหภูมิของเครื่องขยายความกว้างครึ่งจาก HITRAN พื้นฐานสเปกตรัม wassimulated กับการสั่งซื้อ 5-7 พหุนาม กฎหมายเบียร์-Lambert (สม. (1)) ถูกนำมาใช้ในการสร้างคลื่นความถี่ที่เกิดขึ้น ใน nextstage สเปกตรัมสร้างได้ซับซ้อนที่มีฟังก์ชั่น lineshape instru จิตห้วงเสียนโดยใช้รหัส aLabVIEW ขึ้นอยู่กับฟูริเยร์ได้อย่างรวดเร็วเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์พหุนาม algorithm.The พร้อมกับความเข้มข้น andmolecule อุณหภูมิ (s) ได้รับการประเมินโดยใช้ leastsquares ไม่เชิงเส้น พอดี (อัลกอริทึม Levenberg-Marquardt) ด้วยความช่วยเหลือของ ahomemade LabVIEW program.Fig แม่พระ 5 วัดสเปกตรัมจำลองและ 2% CO ไนโตรเจน dilutedby ความดันทั้งหมด 1 ตู้เอทีเอ็มที่อุณหภูมิ 298 อัตราผลตอบแทนที่ดีที่สุด K.The พอดี 1.9% ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์และอุณหภูมิ of302 K.The สิ่งที่ใส่เข้าไปในรูป 5 แสดงให้เห็นถึงความพอดีที่ยอดเยี่ยมของสายข้อมูลจำเพาะ Tral เดียว อุณหภูมิและความเข้มข้นของ CO สามารถ accuratelyevaluated ในช่วงสเปกตรัมนี้เท่านั้นที่อยู่ใกล้อุณหภูมิห้อง sincein ช่วงนี้คลื่นความถี่ CO มีสายการหมุนด้วยตัวเลขควอนตัมโรตา-tional จาก 13

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

2 . ทดลอง
การติดตั้งทดลอง คล้ายกับที่อธิบายไว้ในหูเราตีพิมพ์ [ 24 ] ของเรา จะแสดงในรูปที่ 1 .
ไฟเบอร์เลเซอร์ intracavity สเปกขึ้นอยู่กับภายนอกโพรง erbium-doped ไฟเบอร์เลเซอร์ ซึ่งอยู่ด้านข้างสูบ โดยแอพพลิเคชั่น ไดโอด เลเซอร์ผ่าตัดที่ 980 nm ( s-980-9mm-0350
, axcel โฟตอนิกส์ ) ไฟเบอร์ ( r37pm01 ใช้ ,ofs fitel ) เป็นแอพพลิเคชั่นด้านการรักษา er3 ด้วย silicafiber . ทั้งสองปลายของไฟเบอร์จะตั้งฉากกับแกนแสงสวยงาม 1 ในนั้นคือการสะท้อนให้เห็นถึงการต่อต้าน ( AR ) เคลือบที่ 1.57  เมตรสูง ( HR ) สะท้อนกระจกให้สะท้อนแสงสูงเลเซอร์ความยาวคลื่น ( 99.9% @1.57  M ) และ 90% ส่งที่ปั๊มความยาวคลื่น กระจกนี้จะฝากใน 0.3 มม. แผ่นแก้วและพื้นผิวเป็นกลไกที่แนบท้ายของเส้นใย เพื่อลดการสเปกตรัมของแสงเลเซอร์ออกโดย Interferometric fringes ฝั่งตรงข้ามของกระจกฐานรองเคลือบ AR ที่ 1.57  m.the aspheric เลนส์ L1 ( thorlabs c230tm-b เครดิต = 0.55 , f = 4.5 มม. ) และ L2 ( thorlabs c220tm-b เครดิต = 0.25 ,F = 11 มม. ) ใช้สำหรับ collimating ปั๊มเลเซอร์คานและเน้นแสงปั๊มเข้าไปในเส้นใย ตามลำดับ ส่วนเลนส์ aspheric L3 ( Schott ) Hoya a136 เครดิต = 0.3 , F = 15 มม. ) , AR เคลือบที่ 1.55  M เน้นแสงเลเซอร์เกิดขึ้นจากปลายเปิดของเส้นใยบนผลผลิต Coupler ( OC ) กระจก เลเซอร์การปล่อยสเปกตรัมสามารถปรับโดยการแปลเลนส์ L3 พร้อมแกนแสงการใช้ประโยชน์จากผลของความคลาดสี . ผลพ่วง ( OC ) เป็นเครื่องบินภายนอกกระจกระบบฉนวน 5 % มันอยู่ด้วย 10 เพื่อหลีกเลี่ยง Interferometric ขอบ . สเปกตรัมของรังสีเลเซอร์โดยใช้ความละเอียดสูง 1.25 เมตร สเปกโทรกราฟ กับ 100 ร่อง / mm echelle ตะแกรงปฏิบัติการในลำดับที่ 11 ของการแพร่กระจายสเป็คตราจะถูกบันทึกไว้โดยกล้องวงจรปิด IR แบบเชิงเส้น ( 1024 พิกเซล 25  M , เซ็นเซอร์ไม่ จำกัด su1024le ) และเก็บไว้ในคอมพิวเตอร์ การกระจายตัวของการรายงานเป็น 0.92 cm ? 1 / มม. หรือ 0.032 ซม. ? 1 / พิกเซล
ก๊าซผ่านท่อสแตนเลสเหล็กไหลเซลล์– 100 ซม. ยาวตั้งอยู่ในห้องที่ควบคุมอุณหภูมิท่อเตาอบ 60 ซม. ยาวทั้งการประกอบเซลล์เตาวางอยู่ภายในไฟเบอร์เลเซอร์ ใช้หลอดค่อนข้างยาวที่เกี่ยวข้องกับความจำเป็นที่จะต้องมีการกระจายอุณหภูมิค่อนข้างสม่ำเสมอตามเส้นทางแสง ตัวอย่างของการกระจายอุณหภูมิวัดเทอร์โมคัพเปิ้ลพร้อมหลอดที่แสดงในรูปที่ 2 สำหรับอุณหภูมิปกติของ 973 Kอุณหภูมิภายในของ 80% ของเตาอบความยาวเบี่ยงเบนไปจากค่าปกติด้วย ลดลงอย่างรวดเร็วนอกเตาอบ 50 K .
antireflection หน้าต่างกระจกเคลือบ ( 12.6 มิลลิเมตร หนา 1 ลิ่ม ) ทั้งสองด้านของท่อจะเอียงเล็กน้อย กับการเคารพ OPTI แคลแกน อุณหภูมิตามแนวแกนแสงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ขอบของส่วนความร้อนของท่อ ภายในเตาอบอุณหภูมิเกือบแบนกับน้อยกว่า 50 K อุณหภูมิเตาอบที่เบี่ยงเบนจากปกติ แก๊สไหลปรับโดยควบคุมการสอบเทียบมวลไหล ( MC alicat วิทยาศาสตร์ .
ใน flicas ส่งแสงที่ดูดซับคลื่นความยาวสายจะถูกควบคุมโดยกฎหมาย [ เบียร์ - แลมเบิร์ต 23,24 ] :
(  , t )
i ( t ) = exp ( ? N  (  ) ทั้ง ( 1 )
) โดยที่ n คือความเข้มข้นของการดูดซับโมเลกุล (  ) คือขวางการดูดซึม และผมจะพิจารณาตาม
( 2 ) L คือความยาวของโพรง ; L / L คือเติมต่อ สัดส่วนของโพรงที่เต็มไปด้วยโช้ค ; c คือ ความเร็วของแสง และ tgen เป็นเวลาของรุ่น ความยาวทั้งหมดของแสงเลเซอร์ที่มี a42 ซม. ยาว erbium-doped เบอร์ L = 181 เซนติเมตร