वर्नियर स्पेक्ट्रोस्कोपी
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वर्नियर स्पेक्ट्रोस्कोपी एक प्रकार की कैविटी वर्धित लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी है जो गैसों का पता लगाने के लिए विशेष रूप से संवेदनशील है। विधि एक उच्च चालाकी के साथ संयुक्त एक आवृत्ति कंघी लेजर का उपयोग करती है[1] अत्यधिक समानांतर तरीके से अवशोषण स्पेक्ट्रम का उत्पादन करने के लिए ऑप्टिकल गुहा। प्रभावी ऑप्टिकल पथ लंबाई पर ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र के वृद्धि प्रभाव के कारण यह विधि बहुत कम सांद्रता में ट्रेस गैसों का पता लगाने में भी सक्षम है।[2]
विधि का अवलोकन
वर्नियर स्पेक्ट्रोस्कोपी के संचालन के सिद्धांत को समझने के लिए फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब लेसरों की समझ की आवश्यकता होती है। एक लेजर (या किसी भी समय निर्भर संकेत) के दोलनशील विद्युत क्षेत्र को फूरियर श्रृंखला का उपयोग करके आवृत्ति डोमेन में साइनसोइडल संकेतों के योग द्वारा दर्शाया जा सकता है। सुसंगत, सतत-तरंग (cw) लेज़र के दोलनशील विद्युत क्षेत्र को आवृत्ति डोमेन प्रतिनिधित्व में एकल संकीर्ण शिखर के रूप में दर्शाया गया है। यदि लेज़र बहुत कम स्पंदों (आमतौर पर मोड-लॉकिंग के माध्यम से) की एक स्थिर ट्रेन का उत्पादन करने के लिए आयाम अधिमिश्रण | एम्प्लिट्यूड-मॉड्यूलेटेड है, तो समकक्ष फ़्रीक्वेंसी डोमेन प्रतिनिधित्व लेज़र की मूल cw फ़्रीक्वेंसी के आसपास केंद्रित संकीर्ण फ़्रीक्वेंसी चोटियों की एक श्रृंखला है। इन फ़्रीक्वेंसी चोटियों को टाइम डोमेन पल्स की फ़्रीक्वेंसी से अलग किया जाता है। इसे आवृत्ति कंघी की पुनरावृत्ति दर कहा जाता है।
चूंकि अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी की संवेदनशीलता परीक्षण नमूने में प्रकाश की पथ लंबाई पर निर्भर करती है, कैविटी वर्धित स्पेक्ट्रोस्कोपी नमूने के माध्यम से कई पास बनाकर उच्च संवेदनशीलता प्राप्त करती है, प्रभावी ढंग से पथ की लंबाई को गुणा करती है। वर्नियर स्पेक्ट्रोस्कोपी एक बड़ी वृद्धि का उत्पादन करने के लिए एक उच्च चालाकी गुहा का उपयोग करता है। एक उच्च चालाकी ऑप्टिकल गुहा एक तेज अनुनाद स्थिति भी उत्पन्न करेगी, जहां केवल प्रकाश जो गुहा की मुक्त स्पेक्ट्रल रेंज के हार्मोनिक के साथ आवृत्तियों के साथ युग्मित होता है, रचनात्मक हस्तक्षेप और गुहा के एक प्रशंसनीय आउटपुट का उत्पादन करेगा।
ऑप्टिकल गुहा से केवल प्रशंसनीय आउटपुट होगा जब आवृत्ति-कंघी लेजर से आवृत्ति शिखर गुहा की मुक्त वर्णक्रमीय सीमा के हार्मोनिक के साथ मेल खाता है। वर्नियर स्पेक्ट्रोस्कोपी में, गुहा की मुक्त वर्णक्रमीय श्रेणी में आवृत्ति कंघी की पुनरावृत्ति दर का अनुपात N / (N-1) है, जहां N एक पूर्णांक है, ताकि आवृत्ति कंघी का केवल प्रत्येक N शिखर संतुष्ट हो ऑप्टिकल गुहा की अनुनाद स्थिति और इसके और नमूने के माध्यम से प्रचार करें। यह चुना जाता है ताकि अनुनाद के दो सेट एक वर्नियर स्केल बनाते हैं, जो तकनीक को नाम देते हैं। यह आवश्यक है क्योंकि एक विशिष्ट आवृत्ति कंघी पुनरावृत्ति दर रेडियो आवृत्तियों के क्रम पर होती है, जिससे व्यक्तिगत आवृत्ति घटकों को हल करने और पहचानने का कार्य कठिन हो जाता है। यदि N को बड़ा बनाया जाता है, तो गुंजयमान यंत्र आउटपुट चोटियों की आवृत्ति पृथक्करण एक साधारण विवर्तन झंझरी द्वारा हल किए जाने के लिए पर्याप्त होगा। यदि गुहा की लंबाई थोड़ा बदल जाती है, आमतौर पर पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर द्वारा, तो गुहा की मुक्त वर्णक्रमीय सीमा भी बदल जाएगी। यह बदलते एफएसआर आवृत्ति कंघी के साथ अनुनादों का एक नया सेट विकसित करता है क्योंकि स्कैन आगे बढ़ता है, आवृत्ति कंघी के 'फ़िल्टर्ड आउट' चोटियों के सेट के माध्यम से प्रभावी ढंग से स्कैन करता है।
प्रेषित प्रकाश के व्यक्तिगत आवृत्ति घटकों को एक साधारण स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके स्थानिक रूप से अलग किया जाता है, आमतौर पर एक विवर्तन झंझरी। नमूना के माध्यम से और गुहा के बाहर प्रेषित व्यक्तिगत आवृत्ति घटकों के अत्यधिक समानांतर माप को प्राप्त करने के लिए, लेजर प्रकाश की वर्णक्रमीय सीमा में संचालित करने में सक्षम चार्ज-युग्मित डिवाइस कैमरा का उपयोग किया जाता है। विवर्तन झंझरी के मामले में, आवृत्ति घटकों को एक स्थानिक दिशा में अलग किया जाता है और सीसीडी कैमरे में केंद्रित किया जाता है। सीसीडी की अन्य स्थानिक दिशा का लाभ उठाने के लिए, सीसीडी की लंबवत दिशा में प्रकाश को उसी समय स्कैन किया जाता है जब कैविटी की लंबाई एक एक्ट्यूएटर का उपयोग करके स्कैन की जाती है। यह आवृत्ति कंघी और ऑप्टिकल गुहा के बीच एक मोड मिलान स्थिति के अनुरूप सीसीडी छवि पर चोटियों का एक ग्रिड उत्पन्न करता है।
उदाहरण तंत्र
वर्नियर स्पेक्ट्रोस्कोपी सेटअप के एक सरल अहसास में पांच बुनियादी घटक होते हैं: एक आवृत्ति कंघी, एक स्कैन करने योग्य उच्च सूक्ष्म ऑप्टिकल गुहा, एक विवर्तन झंझरी, घूर्णन दर्पण और एक सीसीडी कैमरा। ऑप्टिकल पथ वृद्धि की अनुमति देने के लिए ऑप्टिकल कैविटी के दर्पणों के बीच मापी जाने वाली ट्रेस गैस को रखा जाता है। आवृत्ति कंघी को गुंजयमान यंत्र में युग्मित किया जाता है और प्रतिक्रिया समारोह के साथ एक वर्नियर अनुपात बनाने के लिए बनाया जाता है। गुहा का उत्पादन एक विवर्तन झंझरी से परिलक्षित होता है, जो बीम के आवृत्ति घटकों के कोणीय पृथक्करण प्रदान करता है। विवर्तित किरण फिर रोटेटेबल दर्पण से परावर्तित होती है और फिर सीसीडी कैमरे पर केंद्रित होती है। तीन चीजें तब तुल्यकालन में होनी चाहिए। ऑप्टिकल गुहा गुहा की एक मुक्त वर्णक्रमीय सीमा के माध्यम से स्कैन करता है जबकि घूर्णन दर्पण एक साथ विवर्तन झंझरी के विवर्तन तल की दिशा को लंबवत स्कैन करता है। इन दो क्रियाओं को आवधिक रैंप वोल्टेज के माध्यम से सिंक्रनाइज़ किया जा सकता है जो कैविटी स्कैन (एक पीजोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर द्वारा पूरा किया गया) और मिरर रोटेशन (एक स्टेपर मोटर द्वारा नियंत्रित) दोनों को नियंत्रित करता है। यदि सीसीडी कैमरे का एक्सपोजर समय रैंप वोल्टेज अवधि के बराबर भी सेट किया गया है, तो परिणामी सीसीडी छवि लगभग गॉसियन चोटियों का दो आयामी मैट्रिक्स है। इस प्रकार, रैंप वोल्टेज की अवधि में एक संपूर्ण स्पेक्ट्रम का उत्पादन होता है। स्पेक्ट्रम प्राप्त करने में लगने वाला समय कैविटी स्कैन समय, घूर्णन दर्पण प्रतिक्रिया और न्यूनतम कैमरा एक्सपोजर समय द्वारा सीमित होता है। यह विशेष रूप से वर्नियर स्पेक्ट्रोस्कोपी योजना एक सेकंड से भी कम समय में हजारों डेटा बिंदुओं के साथ ट्रेस गैस (<1 ppmV) के अवशोषण स्पेक्ट्रम का उत्पादन करने में सक्षम है।[2]
वर्नियर स्पेक्ट्रोस्कोपी सीसीडी छवि पर एक प्रकार का 2-आयामी वर्णक्रमीय पैटर्न उत्पन्न करता है, लगभग गॉसियन चोटियों का एक मैट्रिक्स। प्रत्येक गॉसियन शिखर की एकीकृत तीव्रता परीक्षण गैस के माध्यम से संचरित तीव्रता देती है, जबकि शिखर की स्थिति शिखर की सापेक्ष आवृत्ति के बारे में भी जानकारी देती है। परीक्षण गैस द्वारा प्रेषित प्रकाश की चरण शिफ्ट के बारे में अतिरिक्त जानकारी छवि पर मौजूद अलग-अलग चोटियों के आकार से निकाली जा सकती है। हालांकि सभी वर्णक्रमीय जानकारी सीसीडी द्वारा निर्मित छवियों में समाहित है, सीसीडी छवि को पारंपरिक एक-आयामी स्पेक्ट्रम में बदलने के लिए कुछ मात्रा में छवि प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है।[3]
संदर्भ
- ↑ Paschotta, R (October 2008). लेजर भौतिकी और प्रौद्योगिकी का विश्वकोश (1 ed.). "Article on finesse": Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-40828-3.
- ↑ 2.0 2.1 Zhu, Feng; Bounds, James; Bicer, Aysenur; Strohaber, James; Kolomenskii, Alexandre A.; et al. (2014-09-15). "ब्रॉडबैंड ट्रेस गैस डिटेक्शन के लिए इन्फ्रारेड फ्रीक्वेंसी कंघी वर्नियर स्पेक्ट्रोमीटर के पास". Optics Express. The Optical Society. 22 (19): 23026–23033. doi:10.1364/oe.22.023026. ISSN 1094-4087.
- ↑ Gohle, Christoph; Stein, Björn; Schliesser, Albert; Udem, Thomas; Hänsch, Theodor W. (2007-12-28). "ब्रॉडबैंड, उच्च-रिज़ॉल्यूशन, उच्च-संवेदनशीलता अवशोषण और फैलाव स्पेक्ट्रा के लिए फ्रीक्वेंसी कॉम्ब वर्नियर स्पेक्ट्रोस्कोपी". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 99 (26): 263902. arXiv:0706.1582. doi:10.1103/physrevlett.99.263902. ISSN 0031-9007.
