ガス吸収分光における光検出器として利用した石英音叉の光誘起熱弾性効果

Light-induced thermo-elastic effect in quartz tuning forks exploited as a photodetector in gas absorption spectroscopy.

• Stefano Dello Russo
• Andrea Zifarelli
• Pietro Patimisco
• Angelo Sampaolo
• Tingting Wei
• Hongpeng Wu
• Lei Dong
• Vincenzo Spagnolo

抄録

本研究では、チューナブルダイオードレーザー吸収分光センサのセットアップにおいて、近赤外光検出器として利用した場合に、石英音叉に生じる光誘起熱弾性効果の研究を行ったことを報告する。吸収セルから透過したレーザー光を最大ひずみ場が発生するQTFの表面領域に集光した場合、QTFのS/N比はひずみそのものとQTFの蓄積時間に比例することがわかった。また、QTFの周囲の圧力を700Torrから5Torrに下げた場合のSNRを評価したところ、最も低い圧力ではSNRが∽4程度向上することが分かりました。5torrでは、光検出器として使用したQTFは、市販の増幅型光検出器を使用した場合と比較して、SNR∽6.5倍の高SNRを示した。

We report on a study of light-induced thermo-elastic effects occurring in quartz tuning forks (QTFs) when exploited as near-infrared light detectors in a tunable diode laser absorption spectroscopy sensor setup. Our analysis showed that when the residual laser beam transmitted by the absorption cell is focused on the QTF surface area where the maximum strain field occurs, the QTF signal-to-noise ratio (SNR) is proportional to the strain itself and to the QTF accumulation time. The SNR was also evaluated when the pressure surrounding the QTF was lowered from 700 Torr to 5 Torr, resulting in an enhancement factor of ∽4 at the lowest pressure. At 5 torr, the QTF employed as light detector showed an SNR ∽6.5 times higher than that obtained by using a commercially available amplified photodetector.