Spectromètre laser à Amplification Résonante d'Absorption. Applications à la mesure de trace de gaz

1 - Approfondir les méthodes optiques

2 - Absorption de la lumière

• 2.1 - Absorption : loi de Beer-Lambert
• 2.2 - De la cellule multipassages au résonateur optique
  Figure 1 - Ensemble de modes formant un « peigne » de fréquences ou encore une « règle » de fréquences
• 2.3 - CEAS simple avec balayage en fréquence laser : problèmes de bruit
  Figure 2 - La lumière blanche est un continuum de fréquences. Elle n'est donc transmise que partiellement par une cavité résonante, et la majorité des photons sont perdus Figure 3 - Le spectre transmis par la cavité est modulé par l'absorption du gaz qu'elle contient. Cette absorption est amplifiée par les multiples allers-retours de la lumière entre les miroirs Figure 4 - Bien qu’un laser diode DFB ait une largeur d’émission assez fine, le signal transmis par une cavité haute finesse, dont les modes sont 100 fois plus fins que le laser, est quasiment inexploitable pour la spectroscopie
• 2.4 - Repousser les limites : la rétroaction optique
  Figure 5 - Une cavité résonante formée de trois miroirs plutôt que de deux assure que seuls les photons résonants contribuent à la rétroaction optique Figure 6 - Conditions de phase de l'onde laser injectées, dans la cavité en V Figure 7 - Effet de la rétroaction optique résonante sur l'injection d'une cavité optique
• 2.5 - Quête de l’absolu : la calibration par « ring down »
  Figure 8 - Mesure du temps de vie des photons dans la cavité (temps de ring down)

3 - L’instrument

• 3.1 - Source laser et cartes de contrôle
• 3.2 - Cellule et circulation des gaz
• 3.3 - Châssis et informatique
  Figure 9 - Schéma expérimental de RO-SARA

4 - Performances et applications

• 4.1 - Sensibilité et sélectivité
  Tableau 1
• 4.2 - Temps de réponse
• 4.3 - Robustesse
• 4.4 - Variété d’applications
  Figure 10 - Test de linéarité des mesures OFCEAS (d’après ) Figure 11 - Test de stabilité à long terme. Comparaison des instruments du LSP et du LSCE Figure 12 - Mesures troposphériques du méthane et de l’eau à bord d’un DC8 de la NASA en mai 2004 (d’après ) Figure 13 - Mesure directe du Co depuis un avion de tourisme (crédit CEA/CN RS Saclay) Figure 14 - Mesures de la fumerole principale du « Solfatare », volcan de Pózvoli à Naples. Capacité multigaz (crédit Environmental Optics Laboratory – Naples-Italie) (d’après )

5 - Conclusion