Эталонные газовые ячейки от Wavelength References
Стандарты частоты для калибровки, метрологии, мониторинга и стабилизации
Ключевые слова: газовые ячейки, эталон, метрология, калибровка
Продукция компании Wavelength References основана на принципах молекулярной абсорбции, а именно на колебательных и вращательных модах молекулярных газов, таких как ацетилен, цианистый водород, монооксид углерода и фтористый водород. Стандарты частоты молекулярного поглощения имеют явное преимущество, заключающееся в том, что они относительно нечувствительны к изменениям в окружающей среде и во времени. По своей природе они прослеживаются благодаря фундаментальной физике молекулярного поглощения.
Точная калибровка по длине волны чрезвычайно важна во многих областях волоконной оптики. Так, современные WDM системы представлены на основе узких частотных линий, и может потребоваться точность один-два пикометра или даже выше. Как пример можно привести также системы мониторинга, определяющие температуру, давление, а также часто эксплуатирующиеся в сложных условиях.
Существует множество способов получения эталонных длин волн в двух широких категориях: тех, которые основаны на фундаментальных физических атомных или молекулярных уровнях энергии, и тех, которые основаны на оптических объектах, таких как эталоны или волоконные брэгговские решетки. Эталоны на основе объектов удобны тем, что они могут обеспечивать калибровку на произвольных длинах волн, но они имеют большую чувствительность к окружающей среде и также могут иметь дрейф старения. Даже при стабилизации эталоны на объектах обычно имеют значительно более низкую точность, чем фундаментальные эталоны.
Принцип продукции Wavelength references основывается на прохождении излучения через газовую кювету. Излучение поглощается на определенных длинах волн, зависящих от энергетических уровней молекул газа в кювете. Линии молекулярного поглощения имею ширину линии, определяемую доплеровским уширением
Молекулярно-абсорбционные ячейки обеспечивают превосходную точность при низкой стоимости. Эти ячейки предложены NIST (The National Institute for Standards) в качестве основных эталонов в диапазоне длин волн сетки WDM. NIST предлагает четыре материала SRM (Standard reference material), в которых используются ацетилен, цианистый водород и монооксиды углерода C12 и C13. Вместе эти SRM охватывают диапазон длин волн от 1510 до 1630 нм. Для расширения этого диапазона длин волн доступны другие газы с линиями поглощения от 850 нм до > 2 микрон, которые приведены в таблице 1.
Таблица 1
Газ | Диапазон длин волн, нм |
HF |
867-909 1257-1340 |
12C2H2 | 1510-1540 |
H2O |
895-983 1100-1210 1320-1500 |
12CO | 1560-1595 |
13CO | 1595-1633 |
H12CN | 1523-1560 |
H13CN | 1528-1565 |
12CH4 |
1310-1345 1637-1697 |
HCl |
1185-1239 1718-1871 |
12CO2 |
1431-1443 1570-1610 |
HBr | 140-2070 |
Сила поглощения веществ варьируется на несколько порядков, но все газы, упомянутые в таблице, достигают приемлемых уровней поглощения при длине пути <0,8 метра, что может быть обеспечено в практичном и недорогом корпусе. Большинство этих газов можно поместить в обычные стеклянные колбы, но фтороводород требует особого обращения, так как этот газ воздействует на стекло. Поэтому для этого газа используется колба с покрытием из меди, серебра, сапфира, что позволяет добиться длительного срока службы.
Каждый из газов, упомянутых в таблице, охватывает ограниченный диапазон длин волн, но некоторые охватывают несколько диапазонов, основанных на переходах между различными колебательными состояниями. Существует два способа достижения широкого диапазона длин волн в газовой ячейке: один путем каскадирования газовых ячеек различных видов, а другой путем объединения нескольких видов в одной газовой ячейке. Каскадные ячейки имеют недостатки, связанные с потерями при передаче, громоздкостью и высокой стоимостью. Комбинирование газов привлекательно, но взаимный сдвиг давления может изменить положение пиков газовой линии. Этот эффект смещения давления хорошо известен в газовых ячейках и пропорционален давлению, но обычно составляет <<1 pm. Следует также подчеркнуть, что сдвиг давления не является источником ошибки, т. е. все ячейки, сделанные при одном и том же давлении, демонстрируют одинаковый сдвиг давления.
По мере увеличения давления газа от нуля глубина поглощения будет увеличиваться до тех пор, пока уширение под давлением не станет сравнимым с доплеровским уширением линии. Когда давление увеличивается выше этого уровня, глубина поглощения достигает насыщения, и линия становится только шире из-за уширения при столкновениях. Для приложений с относительно невысоким разрешением, например, в анализаторах оптического спектра, выгодно использовать относительно высокое давление. Для систем с высоким разрешением, таких как перестраиваемые лазеры, обычно полезно использовать более низкое давление, чтобы минимизировать ширину поглощения.
Продукция компании Wavelength References включает в себя:
Они поставляются в различных конфигурациях, подходящих для опроса в ближнем ИК-диапазоне. Стандартные конфигурации включают ацетилен, цианистый водород, монооксид углерода, водяной пар и фтористый водород. Также доступны другие газы и смеси.
Корпуса рассчитаны на длину пути 3 см, 5,5 см, 16,5 см, 48 см и 80 см (последние два используют преимущества изогнутой оптики в многопроходном корпусе). Встроенный выход фотодетектора является опцией.
Волокно для ввода/вывода - Corning SMF 28e Ultra и оптимизировано для 1310 нм +/- 40 нм или 1550 +/- 40 нм. Другие волокна могут быть установлены по запросу.
Стеклянные трубы: известково-натриевое стекло, нарезанное для длины пути от 1 см до 40 см. Доступные диаметры: 5, 9, 12 и 25 мм.
Окна: выбор окон включает стекло B270 с антибликовым покрытием, MgF2 или ZnSe. Окна заклинены и приварены к тубам под небольшим наклоном, чтобы свести к минимуму интерференционные эффекты. Кривые пропускания просветляющего покрытия предоставляются по запросу.
Газы: Обычные эталонные газы включают аммиак (NH3), ацетилен (C2H2), цианистый водород (HCN) и метан (CH4) среди многих других.
Проточные кюветы позволяют проводить исследование газа в потоке с помощью лазера в различных конфигурациях. Все проточные ячейки изготовлены из нержавеющей стали 316 для минимальной коррозии и адсорбции водяного пара.
АО «ЛЛС» представляет весь спектр продукции Wavelength References на территории РФ и стран СНГ. Мы предлагаем наиболее выгодные условия поставки продукции и полную техническую поддержку. Получить дополнительную информацию вы можете, обратившись в нашу компанию.