論文の概要: Modulated Ringdown Comb Interferometry for next-generation high complexity trace gas sensing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.03609v1
- Date: Wed, 5 Jun 2024 20:02:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-07 19:04:59.251623
- Title: Modulated Ringdown Comb Interferometry for next-generation high complexity trace gas sensing
- Title（参考訳）: 次世代高複雑性トレースガスセンシングのための変調リングダウンコム干渉計
- Authors: Qizhong Liang, Apoorva Bisht, Andrew Scheck, Peter G. Schunemann, Jun Ye,
- Abstract要約: 変調リングダウンコム干渉計は、長さ変調キャビティを通して伝達される超並列コム線によって輸送されるリングダウンダイナミクスを解く。
広帯域1010cm-1, キャビティ微細度23,000の範囲で, 高度に分散したヒトの呼吸サンプルを計測し, 本手法の有効性を実証した。
これにより、20個の異なる分子種を1個の三量体当たりの感度で同時定量することができ、その濃度は7桁に変化する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4640910716790149
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Gas samples relevant to health and environment typically contain a plethora of molecular species that span a huge concentration dynamic range. High-concentration molecules impose a strong absorption background that hinders robust identification of low-concentration species. While mid-infrared frequency comb spectroscopy with high-finesse cavity enhancement has realized many of the most sensitive multi-species trace gas detection to date, its robust performance requires gas samples to contain only weak absorption features to avoid dispersing cavity resonances from the comb line frequencies. Here we introduce a new technique that is free from this restriction, thus enabling the development of next-generation multi-species trace gas sensing with broad applicability to complex and dynamic molecular compositions. The principle of Modulated Ringdown Comb Interferometry is to resolve ringdown dynamics carried by massively parallel comb lines transmitted through a length-modulated cavity. This method leverages both periodicity of the field dynamics and Doppler frequency shifts introduced from a Michelson interferometer. Scalable enhancement of both spectral coverage and cavity finesse is enabled with dispersion immune and high-efficiency data collection. Built upon this platform, we realize in the mid-infrared a product of finesse and spectral coverage that is orders of magnitude better than all prior experiments. We demonstrate the power of this technique by measuring highly dispersive exhaled human breath samples over a vastly expanded spectral coverage of 1,010 cm-1 and with cavity finesse of 23,000. This allows for the first time simultaneous quantification of 20 distinct molecular species at > 1 part-per-trillion sensitivity with their concentrations varying by 7 orders of magnitude.
- Abstract（参考訳）: 健康と環境に関連するガスサンプルは、典型的には膨大な濃度のダイナミックレンジにまたがる多数の分子種を含む。
高濃度分子は強い吸収背景を課し、低濃度種の堅牢な同定を妨げる。
高精細度キャビティ増強を伴う中赤外周波数コム分光法は、これまで最も感度の高い多種のトレースガス検出法の多くを実現しているが、その頑健な性能は、コームライン周波数から共振器共振器の分散を避けるために、ガスサンプルに弱い吸収特性しか含まないことを要求する。
そこで本研究では, この制約から解放された新しい手法を導入し, 複雑な分子組成と動的分子組成に広い適用性を有する次世代多種トレースガスセンシングの開発を可能にする。
変調リングダウンコム干渉法(Modulated Ringdown Comb Interferometry)の原理は、長さ変調キャビティを通して伝達される巨大並列コム線によって輸送されるリングダウンダイナミクスを解くことである。
この方法は、フィールドダイナミクスの周期性と、ミッチェルソン干渉計から導入されたドップラー周波数シフトの両方を利用する。
分散免疫と高効率データ収集により、スペクトルカバレッジとキャビティ微細化の両面を拡張できる。
このプラットフォーム上に構築され、これまでのすべての実験よりも桁違いに優れた微視的・スペクトル的カバレッジの製品が、中赤外において実現されている。
広帯域1010cm-1, キャビティ微細度23,000の範囲で, 高度に分散したヒトの呼吸サンプルを計測し, 本手法の有効性を実証した。
これにより、20個の異なる分子種を1個の三量体当たりの感度で同時定量することができ、その濃度は7桁に変化する。
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