Development of a real-time trace-gas analysis method based on cavity-enhanced Raman spectroscopy

基于腔增强拉曼光谱的实时痕量气体分析方法的开发

基本信息

批准号：
21K18983
负责人：
財津慎一
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、共振器増強ラマン分光に基づいた、新しい多成分リアルタイムガス分析法の開発を目的として研究を進めている。2年目の研究では、共振器増強ラマン分光法の励起光（Ti:Sapphireレーザー、811 nm）とプローブ光（半導体レーザー、852 nm）として、波長の異なる2つのレーザー光の共振安定化に取り組んだ。（1）Dither locking法を用いた半導体レーザー光の共振安定化　出力されたレーザー光に250 kHzで変調をかけ、共振器からの反射光を復調することによって誤差信号を発生させた。さらに、この誤差信号を用いて、半導体レーザー周波数をフィードバック制御した。その上で、ゲインと積分に関わるパラメータを最適化することで、安定した共振状態を達成した。その結果、共振時間を10分以上に向上させ、共振器出力光パワーの揺らぎ幅も15 mWほどに抑制した。（2）PDH法を用いた半導体レーザー光の共振安定化　本実験では、２種類のサーボA、Bを用いて、フィードバック制御を行った。サーボAではDither locking法の時と同様にパラメータの最適化を行い、サーボBでも積分周波数と比例ゲインの２つのパラメータを最適化した。これらの結果、Dither locking法を用いた際よりもより安定した共振状態を実現することが出来た。（3）Ti : sapphireレーザーの共振安定化　PDH法によって、Ti : sapphireレーザー結合時の、共振状態フィードバック制御を行った。また、本実験では、レーザー周波数ではなく共振器長を変化させることで、共振安定化を行った。この時も、半導体レーザーの時と同様にパラメータの最適化を行うことで、安定した共振状態の維持を達成した。しかしながら、共振器出力光パワーの揺らぎ幅は±2 mW以下と非常に安定していた一方、共振時間は5分ほどしか維持することが出来なかった。

这项研究正在进行中，目的是开发基于谐振器增强拉曼光谱的新的多组分实时气体分析方法。在研究的第二年中，我们致力于具有不同波长的两个激光束的共振稳定，作为激发光（Ti：sapphire Laser，811 nm）和探针光（半导体激光，852 nm），用于共振器增强式RAMAN分析。（1）使用抖动锁定方法对半导体激光的共振稳定：通过调节250 kHz的输出激光光并从谐振器中解调反射的光，从而产生了误差信号。此外，该误差信号用于反馈控制半导体激光频率。此外，通过优化与增益和集成相关的参数，可以实现稳定的共振状态。结果，共振时间增加到10分钟以上，并且谐振器的光功率输出的波动宽度也被抑制至约15 mW。（2）使用PDH方法在本实验中使用PDH方法对半导体激光的共振稳定，使用两种类型的伺服A和B进行了反馈控制。在伺服A中，参数以与抖动锁定方法相同的方式进行了优化，并且在伺服B，两个参数，积分频率和积分频率和成分增益中得到了优化。结果，与使用抖动锁定方法相比，获得了更稳定的共振状态。（3）Ti：蓝宝石激光器的共振稳定：使用PDH方法进行Ti：Sapphire激光耦合时进行了共振状态反馈控制。此外，在此实验中，通过更改谐振器长度而不是激光频率进行谐振稳定。目前，参数以与半导体激光器相同的方式进行了优化，并实现了稳定的共振。但是，虽然谐振器的光功率输出的波动宽度非常稳定，但在±2 mW或更短的情况下，谐振时间只能维持约5分钟。