MicroPhotons optimiert die Präzisionsgasspektroskopie im MWIR-Spektrum

Yokogawa Test&Measurement Corporation
Amersfoort, Niederlande – 19. März 2024
 

NEUE CASE STUDY
 

MicroPhotons, Spezialist für optische Systeme, setzt erfolgreich hochpräzise OSAs von Yokogawa für die Charakterisierung von Lichtquellen zur Gasdetektion ein.

Die Gasabsorptionsspektroskopie stellt eine äußerst effektive Methode im Kampf gegen Luftverschmutzung und Kohlenstoffemissionen dar.

Diese innovative Technik wird zur präzisen Identifizierung von Gasen wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und Stickstoffoxid (NO) eingesetzt und findet breite Anwendung in verschiedenen industriellen Bereichen, darunter Fabriken, Verarbeitungsbetriebe und Anlagen für die Halbleiterherstellung.

Die Grundlage der Gasabsorptionsspektroskopie liegt in der Wechselwirkung zwischen Licht und Gasen. Diese analytische Methode nutzt die Eigenschaft bestimmter Gase, Licht bei spezifischen Wellenlängen zu absorbieren. Häufig kommen dabei präzise abgestimmte Laser als Lichtquellen zum Einsatz. Das zu analysierende Gas absorbiert dabei einen Teil des Laserlichts, was zu einer Reduzierung der erfassten optischen Leistung im Vergleich zu einem Referenzmedium führt.

Diese Methode ermöglicht die Identifizierung und den Nachweis spezifischer Gase durch die genaue Bestimmung des Absorptionspeaks.

Das in Shanghai ansässige Unternehmen MicroPhotons ist Anbieter hochentwickelter optischer Produkte und unterstützt Kunden umfassend bei der Entwicklung von Anwendungen optischer Technologien, darunter Spektroskopie, Gas-Analyse und -Detektion.

Ein Kunde suchte die Expertise von MicroPhotons für ein Projekt, das präzise Messungen von optischen Systemen im mittleren Infrarotbereich (MWIR) des Spektrums erforderte. Die Herausforderung bestand darin, dass bestehende Technologien zur Messung von Gasabsorptionsraten eine Kühlung der Emitter mittels flüssigen Stickstoffs erforderten. MicroPhotons strebte daher an, diese hochgekühlten Emitter durch eine Superkontinuum-Lichtquelle zu ersetzen, um Gasabsorptionsmessungen bei Raumtemperatur zu ermöglichen.

Dieser Ansatz, obwohl simpler und zeiteffizienter, verlangte eine äußerst präzise Messung durch den optischen Spektrumanalysator (OSA), der zur Charakterisierung der Lichtquelle verwendet wurde.

Zusätzlich weisen die zu überwachenden Gase Absorptionsspitzen bei Wellenlängen auf, die das gesamte MWIR-Spektrum von 1,9 bis 5,5 μm abdeckten. Dies stellte eine Herausforderung dar, da die meisten OSAs für Telekommunikationssysteme konzipiert sind, die nur Messungen bis 1,7 μm erfordern.

MicroPhotons suchte daher nach einem Gerät, das das gesamte mittlere Infrarot-Spektrum (MWIR) abdecken konnte. Dies würde den Zeit- und Arbeitsaufwand für Tests erheblich verringern, da es nicht mehr notwendig wäre, verschiedene Messgeräte für die Prüfung von Komponenten für die Gasdetektion bei unterschiedlichen Absorptionswellenlängen einzurichten und zu kalibrieren.

Um den Anforderungen seines Kunden gerecht zu werden, entschied sich MicroPhotons für den Optischen Spektrumanalysator AQ6377 von Yokogawa. Der AQ6377 ist der einzige gitterbasierte OSA, der das gesamte Wellenlängenspektrum im Bereich von 1,9 bis 5,5 μm analysieren kann.

Der AQ6377 ist die neueste Version der OSAs der AQ6370-Serie von Yokogawa. Als weltweit erster Spektrumanalysator, der die Seitenmodenanalyse von MWIR-Lasern ermöglicht, bietet er eine erweiterte Wellenlängenabdeckung im MWIR-Bereich von 1,9 bis 5,5 μm. Durch den großen Wellenlängenbereich ist der AQ6377 ideal für Anwendungen in Umweltsensorik und Medizin.

Der AQ6377 erreicht außerdem eine Wellenlängengenauigkeit von ±0,5 nm und ermöglicht dank der scharfen spektralen Charakteristik des Monochromators eine Close-In Dynamik von 50 dB. Damit können Signale in unmittelbarer Nähe klar getrennt und genau gemessen werden.

Laut Herrn Wang, dem CEO von MicroPhotons, hat der AQ6377 die Emissionen sowohl von durchstimmbaren Lasern als auch einer Superkontinuum-Lichtquelle mit bemerkenswerter Genauigkeit gemessen. Diese Präzision bestätigte sich bei Messungen, die unmittelbar nach der Charakterisierung der Superkontinuum-Lichtquelle mit dem AQ6377 durchgeführt wurden.

Herr Wang erklärt, dass MicroPhotons Absorptionsmessungen mit der Emission der charakterisierten Superkontinuum-Lichtquelle durchgeführt hat.

Er hebt hervor: „Wir haben die Absorptionsspektren verschiedener Gase, darunter C2H2, C2H6, C3H8, und NH3  gemessen.“

„Die Messergebnisse stimmten sehr gut mit den Daten des Online-Tools SpectraPlot überein, das eine Referenz für die optischen Eigenschaften von Gasen darstellt. Dies gab uns große Zuversicht, dass die Messwerte des AQ6377, auf deren Grundlage wir die Lichtquelle charakterisiert haben, über den gesamten Messbereich äußerst genau und reproduzierbar sind.

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Seit 100 Jahren entwickelt Yokogawa Messlösungen und findet kontinuierlich neue Wege, um Forschungs- und Entwicklungsteams die Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, die sie benötigen, um die besten Erkenntnisse aus ihren Messstrategien zu gewinnen. Das Unternehmen hat in seiner Geschichte die genaue Leistungsmessung vorangetrieben und ist Marktführer bei digitalen Leistungsmessgeräten und optischen Spektrumanalysatoren.

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Gegründet in Tokio im Jahr 1915, arbeitet Yokogawa mit über 17.000 Mitarbeitern in einem globalen Netzwerk von 129 Unternehmen in 60 Ländern daran, eine nachhaltige Gesellschaft zu schaffen.

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