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Equipe LAME (LAser Molécules et Environnement) Laboratoire de Spectrométrie Physique, Grenoble

Mesures de traces par spectroscopie laser avec des cavités résonnantes de haute finesse. Equipe LAME (LAser Molécules et Environnement) Laboratoire de Spectrométrie Physique, Grenoble. Irène Ventrillard. Cavité résonnante :. > 1000 !. R. R.

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  1. Mesures de traces par spectroscopie laser avec des cavités résonnantes de haute finesse Equipe LAME (LAser Molécules et Environnement)Laboratoire de Spectrométrie Physique, Grenoble Irène Ventrillard

  2. Cavité résonnante : > 1000 ! R R Des cavités résonnantes pour la spectroscopie … • Loi de Beer Lambert : I = I0 e-L I0 cross section (cm2) L absorption (cm-1) nb of molecules/cm3 • Spectroscopie (A. Campargue) • Détection de traces (D. Romanini) Ex : L =1m, R=99.99% => Leff =10 000 m

  3. CRDS t(n) time CRDS : Cavity Ring Down Spectroscopy CEAS : Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy De l’intensité transmise au spectre … transmitted intensity  • Original techniques developed at LSP: • Optical-Feedback CEAS (OF-CEAS) • Mode-Locked CEAS (ML-CEAS) • Continuous Wave CRDS (CW-CRDS)

  4. CW - Cavity Ring Down Spectroscopy

  5. Absorption losses T Intensity t t0 time Cavity ring down out Laser T - Empty cell - Additionnal losses Self calibrated !

  6. Lambdameter n=f(T,I) Optical isolator Coupler AO Modulator laser ON threshold Laser OFF PD Mode by mode CRDS 100 -50 0 50 S. Kassi, D. Romanini, and A. Campargue, Chem. Phys. Let. 477, (2009) CW - CRDS1265-1705 nm (5850-7920 cm-1) 6nm (30cm-1) /diode 70 DFB diodes

  7. Transmission Application : CH4 pour la planétologie • T ~ 85 K • CH4 pressure ~ 75mbar • (in 1.5 bar of N2) Cassini-Huygens Titan => spectra required in the CH4 transparency windows in similar conditions as in Titan Cellule refroidie à l’azote liquide ANR CH4@Titan (coo. LESIA)

  8. CH4 à 300K et 80K…(absorption directe)

  9. CRDS : Sensibilité 9

  10. Optical- FeedbackCavity Enhanced Absorption Spectroscopy(OF-CEAS) J. Morville, S. Kassi, M. Chenevier, and D. Romanini, Appl. Phys. B, 80, 1027 (2005) Patent WO03031949

  11. transmitted intensity  (acq. 110ms) Du signal transmis par la cavité aux spectres … at mode m , from Airy formula : {<<1 ; (1-R)<<1}

  12. Laser frequency tuning locking range PZT O.F. PDsignal time Laser narrower spectrum translation  Variable attenuator High finesse cavity transmission PDref Intensity Optical Feedback Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy Cavity resonance T Dncavity~ 10kHz Dnlaser ~ 0.1-1 MHz P. Gorrochategui et al Poster #68, Jeu J. Landsberg et alPC10, Jeu

  13. Coll : L. Gianfrani, Naples Des mesures in-situ … African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) on Geophysica aircraft (Ouagadougou-August 2006).

  14. Application : Analyse de gaz expirés • Needs for: • Selectivity (hundreds of species) • Sensitivity • Real time (~5Hz) • Non invasive • Studies in progress : • Lung inflammation monitoring (R. Briot and M. Maignan, TIMC-IMAG, CHU-Grenoble) • Bronchial inflammation diagnosis (Ch. Clerici, Bichat-Claude Bernard Hospital, Paris)

  15. Analyse de gaz expirés • Measurements by the medical staff over 2 months • for ~100 patients I. Ventrillard, Th. Gonthiez, Ch. Clerici and D. Romanini, JBO, 14, (2009).

  16. Mode-Locked Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (ML-CEAS)

  17. 1/dt Laser femtoseconde à modes bloqués :une grande largeur spectrale ! Domaine temporel : Train d'impulsions périodique Laser Ti:Sa « Chameleon » : balayable (670-1090nm) • Taux de répétition : 80 MHz • Largeur spectrale : ~ 10nm (5x104 modes) Dt dt espacement des modes 1/Dt Fourier T. => Spectre du laser à modes bloqués

  18. free laser empty cavity 1 bar CHHC acq. 40 ms ML-CEAS : principe Spectre de transmission de cavité • Faire correspondre les modes du laser et ceux de la cavité résonante Spectre du laser à modes bloqués Spectre = TcavxSpectre Entrée Titus Gherman et al, Opt Exp, 10, 19 (2002)

  19. Ti:Sa fs laser (676 ou870 nm) Locking Loop BBO AOM PD inlet PZT outlet Home made spectrograph ( ~2pm) CCD ML-CEAS en Antarctique … • Détection in-situ de IO@435nm et BrO @338 nm Roberto Grilli et al Poster #69, Mar ANR MoCaMar

  20. ML-CEAS 10s S/N = 200 min= 8x10-10 cm-1 ~ 5pptv (10s) Détection de IO en laboratoire G. Méjean, S. Kassi and D. Romanini, Opt Lett,33, 11 (2008)

  21. Bilan : Caractéristiques des différents instruments à Grenoble

  22. L’équipe actuelle à Grenoble • Daniele Romanini • Alain Campargue • Marc Chenevier • Titus Gherman • Samir Kassi • Erik Kerstel • Guillaume Méjean • Irène Ventrillard • Serge Béguier • Jean-Luc Martin • Janek Landsberg PC10, Jeu • Chadi Abd Alrahman • Vahideh Faghihi • Paula Gorrochategui-Carbajo P68, Jeu • Roberto Grilli P69, Mar

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