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Lire l’articleINTRODUCTION
Nous avons développé un spectromètre à diode laser robuste et portable, où une cavité optique de haute finesse est excitée à des fréquences bien définies (les résonances). La lumière résonante interagit sur plusieurs milliers de passages avec le gaz circulant dans la cavité avant d'être détectée pour obtenir un spectre d'absorption avec un chemin effectif d'une dizaine de km.
Un effet de rétroaction optique est exploité pour optimiser l'injection de la cavité, résonance après résonance, en succession rapide. L'application à la mesure d'espèces chimiques à l'état de traces est démontrée à travers plusieurs exemples.
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4. Performances et applications
4.1 Sensibilité et sélectivité
Comme nous l'avons vu, la sensibilité d'une mesure avec un spectromètre optique dépend directement de l'intensité de la transition moléculaire sondée. Elle dépend donc de la molécule et de la longueur d'onde.
Une définition plus amont consiste à donner le niveau limite de détection du spectromètre en termes de taux d'absorption de photons par unité de chemin d'absorption.
Les spectromètres SARA sont capables de détecter une atténuation d'intensité lumineuse qui correspond à une absorption de seulement 10–9, si on la rapporte à un chemin d'absorption de un centimètre (αmin ~ 10–9 cm–1). À partir de cela, le tableau indique, pour différents gaz, les seuils de détection (en concentration) que l'on peut atteindre. Les longueurs d'ondes choisies ici répondent à deux critères. Non seulement les raies comptent parmi les plus intenses accessibles par des diodes laser DFB, mais en plus elles minimisent l'interférence avec d'autres espèces, notamment l'omniprésente vapeur d'eau (voir aussi encadré 4).
La deuxième colonne indique les longueurs d'ondes optimales correspondantes.
Une raie intense :
La loi de Beer-Lambert indique qu'il nous faut maximiser le coefficient d'absorption α(v) des raies sondées. Mais quel est-il ? Il s'écrit
avec :
- N :
- concentration moléculaire (molécules.cm–3, par exemple 1019 molécules.cm–3 ),
- k :
- force de transition (dépendant de la température, par exemple 10–20 cm.molécules–1)
- φ(ν) :
- profil de la raie (cm et de surface unitaire, par exemple gaussien, lorentzien, voigt,…)
Pour obtenir une bonne sensibilité, c'est-à-dire détecter...
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