光学手法：高度に複雑なガスのセンシングに向けた変調リングダウンコム干渉計

健康や環境に関連するガス試料は、典型的に、極めて広い濃度ダイナミックレンジにまたがる多くの分子種を含んでいる。高フィネスの共振器増強を用いた中赤外周波数コム分光法により、これまでに最高感度の多種微量ガスの検出が可能になっている。しかし、この手法の安定した性能は、広いスペクトル範囲にわたる吸収経路長の増強に決定的に依存しており、これは、強く吸収する化合物が存在する場合にはコム–共振器周波数の不整合によって厳しく制限される。今回我々は、強い共振器内吸収や分散に対するコム–共振器増強の脆弱性を解決する技術である、変調リングダウンコム干渉法を提示する。この技術は、長さ変調された共振器を通して伝達される、超並列コムラインによって担われるリングダウンダイナミクスを測定することによって機能し、フィールドダイナミクスの周期性とマイケルソン干渉計から導入されるドップラー周波数シフトの両方を利用している。我々は実証として、高分散性のヒト呼気試料と周囲空気を、中赤外において、2万3000まで向上させたフィネスと1010 cm⁻¹までの範囲で測定した。このようなフィネスとスペクトル範囲の積は、これまでの全ての実証例よりも桁違いに良好で、濃度で7桁異なる20の異なる分子種を、1 pptを上回る感度で同時に定量することが可能になった。この技術により、複雑で動的な分子組成の次世代センシング性能を、フィネスとスペクトル範囲の両方においてスケーラブルに向上させる道が開かれる。

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