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技術 高フィネスファブリペローキャビティおよびそのための方法

出願人 ユニヴェルシテ・デュ・リトラル・コート・ドパール
発明者 ムール,ガエルインドル,フランシスボケ,ロバン
出願日 2018年6月22日 (2年4ヶ月経過) 出願番号 2019-572500
公開日 2020年8月27日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-525791
状態 未査定
技術分野 各種分光測定と色の測定
主要キーワード 圧電検出器 エミッタアセンブリ 強度遷移 空間的寸法 電力反射係数 作動間隔 大気吸収 分子共鳴
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課題・解決手段

本発明は、電磁波をキャビティ内に導くように配置された横方向キャビティを含むガイド(200)を備えた高フィネスファブリペローキャビティ(100)(THz範囲で使用するため)に関する。本発明はまた、そのようなファブリペローキャビティを含む装置を実施するための方法に関する。

概要

背景

電磁スペクトルの種々の領域を探索することを可能にするファブリペロー共振器は、先行技術の状態で公知である。

最近、科学界は、ファブリペロー共振器のフィネスを高めて、電磁波のテラヘルツ周波数(THz)の分野、すなわち、3mm〜0.1mmを含む真空波長に対応する、典型的には100〜3000GHzの周波数スペクトルの分野を探索しようとしている。特に、次の文献では、100〜3000GHzのファブリペロー共振器のフィネスを改善する装置について記載している。
DePrince et al.(2013)Extending high−finesse cavity techniques to the far−infrared,Review of Scientific Instruments,Vol.84(7)、
Braakman and Blake(2011)Principles and promise ofFabry−Perot resonators at terahertz frequencies,Journal of Applied Physics,Vol.109(6)。

しかしながら、先行技術の状態で公知のファブリペロー共振器は、100〜3000GHzで250を超えるフィネスに到達することを可能にしない。

本発明の目的は、特に、テラヘルツ波の分野におけるファブリペローキャビティのフィネスを改善することである。

概要

本発明は、電磁波をキャビティ内に導くように配置された横方向キャビティを含むガイド(200)を備えた高フィネスファブリペローキャビティ(100)(THz範囲で使用するため)に関する。本発明はまた、そのようなファブリペローキャビティを含む装置を実施するための方法に関する。

目的

本発明の目的は、特に、テラヘルツ波の分野におけるファブリペローキャビティのフィネスを改善することである

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

第1のリフレクタ(11)および第2のリフレクタ(12)と、前記第1のリフレクタ(11)によって形成される入口(E1)と、前記第1のリフレクタ(11)または前記第2のリフレクタ(12)によって形成される出口(S1)と、を含むファブリペローキャビティ(100)であって、前記第1のリフレクタ(11)および前記第2のリフレクタ(12)で区切られた長さを有するファブリペローキャビティ(100)と、を含む装置であって、前記装置はまた、前記ファブリペローキャビティ(100)の前記入口(E1)で、100μmを超え、および/または3mm未満の波長λの電磁波を放射するように配置されたエミッタ(13)と、前記ファブリペローキャビティ(100)の前記入口(E1)から前記出口(S1)まで前記ファブリペローキャビティ(100)内の前記電磁波を伝播するように配置されたガイド(200)と、前記ファブリペローキャビティ(100)の前記出口(S1)を介して出る前記電磁波を検出するように配置されたセンサ(14)と、を含み、前記ガイド(200)は、長手方向(D1)に延在する中空管を形成し、前記管の内側は、前記ファブリペローキャビティ(100)内の前記電磁波を誘導するように配置された横方向キャビティ(2a、2b、2c)を含むことを特徴とする、装置。

請求項2

前記横方向キャビティ(2a、2b、2c)は、前記第1のリフレクタと前記第2のリフレクタ(12)との間でピッチPだけ離間している、請求項1に記載の装置。

請求項3

各ピッチPはλ/3±30%に等しい、請求項2に記載の装置。

請求項4

各横方向キャビティ(2a、2b、2c)は、λ/6±30%に等しい、前記ガイド(200)の前記長手方向(D1)に平行に規定される長さwを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。

請求項5

前記長さwは前記ピッチPの半分以下である、請求項2または3に従属するとみなされる請求項4に記載の装置。

請求項6

各横方向キャビティ(2a、2b、2c)は、λ/4±20%に等しい、前記ガイド(200)の前記長手方向(D1)に垂直に規定される厚さdを有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置。

請求項7

前記管(200)は10λより大きい最小内径aを有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。

請求項8

前記第1のリフレクタ(11)および前記第2のリフレクタ(12)は、それぞれ誘導性グリッドまたは容量性グリッドを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。

請求項9

前記ファブリペローキャビティ(100)の前記長さを変化させるために、前記第1のリフレクタ(11)および前記第2のリフレクタ(12)の少なくとも一方の前記長手方向(D1)の並進運動を提供するように配置された少なくとも1つのアクチュエータ(31、32)をさらに含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置。

請求項10

前記エミッタ(13)は、前記波長λを変化させるように配置されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置。

請求項11

前記エミッタ(13)および前記少なくとも1つのアクチュエータ(31、32)を駆動するように配置および/またはプログラムされた制御手段(40)をさらに含み、前記エミッタ(13)から放射される前記電磁波の前記波長λを変化させ、前記波長λの変化中に前記センサ(14)により受信された信号を受信し、前記センサ(14)により受信された前記信号の振幅または電力または強度を最大化するように、前記センサ(14)により受信された前記信号の関数として前記ファブリペローキャビティ(100)の前記長さを制御するようにする、請求項9に従属するとみなされる請求項10に記載の装置。

請求項12

いくつかの物質を参照するデータベースをさらに含み、前記センサ(14)により受信された信号を前記データベースで処理する機能として、前記ファブリペローキャビティ(100)に収容された少なくとも1つの物質に関するデータを提供するように配置および/またはプログラムされた処理手段を含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の装置。

請求項13

前記ファブリペローキャビティ(100)内の圧力を測定および/または調整するための手段をさらに含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の装置。

請求項14

前記ファブリペローキャビティ(100)への前記電磁波の進入前および/または前記ファブリペローキャビティ(100)からの前記電磁波の放出後に前記電磁波のモードを変換するための変換手段をさらに含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の装置。

請求項15

前記変換手段は、前記エミッタ(13)によって放射された、および/または前記センサ(14)によって検出された前記電磁波の前記モードが、TEM00モードであり、および/または、前記ファブリペローキャビティ(100)内の前記電磁波の前記モードはHE11モードであるように配置される、請求項14に記載の装置。

請求項16

装置で実施される方法であって、前記装置は、第1のリフレクタ(11)および第2のリフレクタ(12)と、前記第1のリフレクタ(11)によって形成される入口(E1)と、前記第1のリフレクタ(11)または前記第2のリフレクタ(12)によって形成される出口(S1)と、を含むファブリペローキャビティ(100)であって、前記第1のリフレクタ(11)および前記第2のリフレクタ(12)で区切られた長さを有するファブリペローキャビティ(100)と、を含み、前記方法は、前記ファブリペローキャビティ(100)の前記入口(E1)で100μmを超え、および/または3mm未満の波長λの電磁波を放射するステップであって、この放射は前記エミッタ(13)によって実行される、ステップと、前記ファブリペローキャビティ(100)内の前記電磁波を、前記ファブリペローキャビティ(100)の前記入口(E1)から前記出口(S1)まで伝播させるステップであって、この伝播は、ガイド(200)によって実行され、前記ガイド(200)は、長手方向(D1)に延在する中空管を形成し、前記管の内側は横方向キャビティ(2a、2b、2c)を含むステップと、前記横方向キャビティ(2a、2b、2c)による前記ファブリペローキャビティ(100)内の前記電磁波を誘導するステップと、前記ファブリペローキャビティ(100)の前記出口(S1)を介して出る前記電磁波を検出するステップであって、この検出は、好ましくはセンサ(14)によって実行される、ステップと、を含む方法。

請求項17

前記ガイド(200)の損失および/または前記リフレクタ(11、12)の少なくとも一方もしくは各々の反射率の測定を含み、前記測定は、好ましくは、前記同じリフレクタ(11、12)および前記同じタイプのガイド(200)を使用するが、前記2つのリフレクタを分離する2つの異なる長さによる、本発明による1つまたは複数の装置のフィネスの2つの測定と、これらの2つのフィネス測定から、前記ガイドの前記損失および/または前記リフレクタの少なくとも一方もしくは各々の反射率を、通常は2つの未知数を有する2つの方程式系の解によって計算することと、による、請求項16に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、干渉分光法の分野に関し、より具体的には、ファブリペローキャビティ、ならびにそのための方法に関する。

背景技術

0002

電磁スペクトルの種々の領域を探索することを可能にするファブリペロー共振器は、先行技術の状態で公知である。

0003

最近、科学界は、ファブリペロー共振器のフィネスを高めて、電磁波のテラヘルツ周波数(THz)の分野、すなわち、3mm〜0.1mmを含む真空波長に対応する、典型的には100〜3000GHzの周波数スペクトルの分野を探索しようとしている。特に、次の文献では、100〜3000GHzのファブリペロー共振器のフィネスを改善する装置について記載している。
DePrince et al.(2013)Extending high−finesse cavity techniques to the far−infrared,Review of Scientific Instruments,Vol.84(7)、
Braakman and Blake(2011)Principles and promise ofFabry−Perot resonators at terahertz frequencies,Journal of Applied Physics,Vol.109(6)。

0004

しかしながら、先行技術の状態で公知のファブリペロー共振器は、100〜3000GHzで250を超えるフィネスに到達することを可能にしない。

0005

本発明の目的は、特に、テラヘルツ波の分野におけるファブリペローキャビティのフィネスを改善することである。

0006

この目的のために、本発明は装置を提案し、本装置は、
第1のリフレクタおよび第2のリフレクタと、
第1のリフレクタによって形成される入口と、第1のリフレクタまたは第2のリフレクタによって形成される出口と、を含むファブリペローキャビティであって、第1のリフレクタおよび第2のリフレクタで区切られた長さを有するファブリペローキャビティと、
ファブリペローキャビティの入口で100μmを超える、および/または3mm未満の波長λの電磁波を放射するように配置されたエミッタと、
ファブリペローキャビティの入口から出口までファブリペローキャビティ内の電磁波を伝播するように配置されたガイドと、
ファブリペローキャビティの出口を介して出る電磁波を取り込むように配置されたセンサと、を含み、
ガイドは、長手方向に延在する中空管を形成し、管の内側は、ファブリペローキャビティ内の電磁波を誘導するように配置された横方向キャビティを含む。

0007

文書全体を通して、実際にこの波が真空中を伝播しない場合であっても、波に関して考慮中の各波長λは「真空」波長であり、したがって、以下の関係に従う。



ここで、Cは真空中の光の速度であり、vはこの波の周波数である。

0008

したがって、ガイドは、横方向キャビティ、特に長手方向に互いに続く横方向キャビティを備えた管を形成する。言い換えれば、本発明による装置は、ファブリペローキャビティの内側に位置する波状ガイドを含む。

0009

本発明によるこのような装置は、従来技術の状態で公知の装置に対してフィネスを高めることを可能にする。

0010

特に、本発明によるこのような装置は、ガイドの最小損失モードで電磁波を閉じ込めることができ、したがって、回折による放射損失を回避することを可能にする。

0011

本発明によるこのような装置は、従来技術のファブリペロー共振器によってもたらされる位置合わせの困難を回避または制限することも可能にする。

0012

さらに、本発明によるこのような装置は、100〜3000GHzの領域で動作する従来技術のファブリペロー共振器に対して比較的簡単な設計である。

0013

好ましくは、ガイドおよび/または管の内側は、長手方向に平行な対称軸周り回転対称性を有することができる。

0014

横方向キャビティはそれぞれ、管の内周全体にわたって管に作られた溝から構成することができる。

0015

このようなガイドにより、電磁波を閉じ込め、回折による損失を回避することができる。

0016

一実施形態では、そのようなガイドは、湾曲ミラーの代わりにリフレクタとして、THzに理想的な高反射率グリッドを使用することを可能にする。湾曲ミラーは、実際、電磁波を閉じ込めて回折損失を減らすことができるが、THzに対して十分な反射率では使用できない。

0017

そのようなガイドは大気圧で使用することができるが、例えばガス検出を実行するために、閉じたキャビティ(好ましくは真空下)を有することも可能にする。

0018

この周波数範囲で重大な回折損失を減らすことにより、アセンブリは、この周波数範囲でこれまでに実証されなかった著しいフィネスに到達することができる。したがって、そのようなガイドは、電磁波の伝播損失を低減することを可能にし、したがって、本発明による装置の良好な性能に直接寄与する。

0019

好ましくは、エミッタは、ファブリペローキャビティの入口で、波長λが100μmより大きく、かつ/または900μm未満、例えば500μm±10%に等しい電磁波を放射するように配置することができる。

0020

横方向キャビティの寸法と配置は、好ましい波長λの関数として理想的に決定される。

0021

好ましくは、横方向キャビティは、第1のリフレクタと第2のリフレクタとの間のピッチPだけ離間させることができる。

0022

言い換えれば、2つの隣接する横方向キャビティは、ピッチPだけ離間させることができる。

0023

すべてのキャビティについて、このピッチPは、好ましくは一定であるか、平均値±30%またはさらに好ましくは±15%付近で実質的に一定である。

0024

第1のリフレクタと第2のリフレクタとの間で、横方向キャビティは一定のピッチPで規則的に離間させることができる。

0025

本発明による装置が設計される際に、各ピッチPまたはピッチPの平均値は、実施することが望まれる波長λの関数として決定されることが好ましい。

0026

各ピッチPは、λ/5より大きく、かつ/またはλ/2より小さく、ならびに/あるいはλ/3±30%(λ/3−30%<P<λ/3+30%)またはさらに好ましくは±15%(λ/3−15%<P<λ/3+15%)に等しくすることができる。

0027

したがって、一実施形態では、各ピッチPは、100μmより大きく、かつ/または250μmより小さく、好ましくは116μmより大きくかつ/または216μmより小さくすることができる。好ましくは、各ピッチPは、120μm±20%、またはさらに好ましくは±10%に等しくすることができる。

0028

各横方向キャビティは、好ましくは、ガイドの長手方向に平行に規定される長さwを有することができる。異なるキャビティのすべての長さwは、好ましくは互いに等しく、任意選択で±20%、またはさらに好ましくは±10%である。本発明による装置が設計される際に、長さwは、実施することが望まれる波長λの関数として決定されることが好ましい。

0029

各キャビティの長さwは、λ/10より大きく、かつ/またはλ/4より小さく、ならびに/あるいはλ/6±30%またはさらに好ましくは±15%に等しくすることができる。

0030

各キャビティwの長さは、λ/6以下にすることができる。

0031

したがって、一実施形態の例では、各キャビティの長さwは、50μmより大きく、かつ/または125μmより小さく、好ましくは60μm±20%、もしくはさらに好ましくは±10%に等しくすることができる。

0032

各キャビティwの長さは、好ましくは、この同じキャビティをその隣接するキャビティから分離する各ピッチPの半分以下である。

0033

各横方向キャビティは、好ましくは、ガイドの長手方向に垂直に規定される厚さdを有することができる。

0034

異なるキャビティのすべての厚さdは、好ましくは互いに等しく、任意選択で±20%、またはさらに好ましくは±10%である。

0035

本発明による装置が設計される際に、厚さdは、実施することが望まれる波長λの関数として決定されることが好ましい。

0036

各キャビティの厚さdは、λ/8より大きく、かつ/またはλ/2より小さく、ならびに/あるいはλ/4±20%、またはさらに好ましくは±10%に等しくすることができる。

0037

したがって、一実施形態では、各キャビティの厚さdは、100μmより大きく、かつ/または200μmより小さく、好ましくは125μm±20%、もしくはさらに好ましくは±10%に等しくすることができる。

0038

管に関して、これは10λを超える最小内径aを有することができ、この場合、それは特大のガイドとして公知である。

0039

したがって、特にλ=500μmの実施態様では、最小内径aは10mmを超えることがある。

0040

最小内径は、長手方向に垂直で、横方向キャビティを通過しない切断面内の管の内径として定義される。

0041

管の内部断面は、様々な形をとることができる。「管の内部断面」という表現は、長手方向に垂直であり、横方向キャビティを通過しない前記切断面における管の内部断面を意味する。

0042

好ましくは、管は円形の内部断面を有することができる。

0043

円形の内部断面を有する管は、設計を簡素化し、および/またはコストを削減することを可能にする。

0044

あるいは、管は、任意の内部断面(例えば、正方形または長方形)を有することができる。そのような場合、本明細書では、前記最小内径は、長手方向に垂直で横方向キャビティを通過しない前記切断面で考えられる最小の管の内側の寸法に対応する。例えば、正方形断面の管の場合、前記最小内径は正方形の片側の寸法に対応する。長方形断面の管の場合、前記最小内径は長方形の最小辺の寸法に対応する。

0045

第1のリフレクタおよび第2のリフレクタはそれぞれ誘導性グリッドを含むことができる。

0046

通常、このような誘導性グリッドは、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを含む。

0047

例えば、誘導性グリッドは、銅から作られ、および/または1.6μmの厚さ、セル間の16.9μmのピッチおよび/または8.4μmのセル幅を有することができる。

0048

このような誘導性グリッドにより、優れた反射率を有することができる。

0049

このような誘導性グリッドは、電界の方向に依存しない透過係数を有することを可能にするが、張力のかかったワイヤを有するグリッドには当てはまらず、グリッドの方向を調整せずにファブリペローキャビティが機能するように、完全に制御された方向(1つの同じ平面の1対のすべてのワイヤ)が必要である。

0050

このような誘導性グリッドは、張力をかけたワイヤよりも機械堅牢性が高く、一般的にコストが低くなる。

0051

あるいは、第1のリフレクタおよび/または第2のリフレクタは、容量性(好ましくは基板がない)または偏光グリッド、および/またはフォトニックミラーを含むことができる。

0052

そのような容量性グリッドは、好ましくは、基板を欠いて、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを含む。

0053

このような容量性(好ましくは基板がない)または誘導性グリッドには、このグリッドを介してファブリペローキャビティにガスが直接入ることができ、(個別のダクトを備えた特定の入口に関して)キャビティへのガスの進入を容易にするという技術的な利点があり、(中心から外れた、および/またはキャビティの長さへの管開口部によって形成されるガス入口に関して)その均一性およびキャビティ内のガスの拡散を改善する。

0054

本発明による装置は、ファブリペローキャビティの長さを変化させるために、第1のリフレクタおよび第2のリフレクタの少なくとも一方、好ましくは両方の長手方向に並進運動を提供するように構成された少なくとも1つのアクチュエータを含むこともできる。

0055

この実施形態の変形例では、本発明による装置は、第1のアクチュエータおよび第2のアクチュエータを含むことができ、第1のアクチュエータは、第1のリフレクタの長手方向の並進運動を提供するように配置され、第2のアクチュエータは、第2のリフレクタの長手方向の並進運動を提供するように配置される。

0056

好ましくは、少なくとも1つのアクチュエータは圧電性とすることができる。

0057

本発明による装置のエミッタは、波長λを変化させるように構成されることが好ましい。

0058

そのようなエミッタおよび少なくとも1つのアクチュエータを含む本発明による装置の実施形態では、本発明による装置はまた、エミッタおよび少なくとも1つのアクチュエータを駆動するように配置および/またはプログラムされた制御手段を含むことができ、
エミッタから放射される電磁波の波長λを変化させ、
波長λの変化中にセンサにより受信された信号を受信し、
センサにより受信された信号の振幅または電力または強度を最大化するように、センサにより受信された信号の関数としてファブリペローキャビティの長さを制御するようにする。

0059

本発明による装置はまた、いくつかの物質を参照するデータベースを含むことができ、データベースを備えたセンサによって受信された信号の処理の関数として、ファブリペローキャビティに収容された少なくとも1つの物質に関するデータを提供するように配置および/またはプログラムされた処理手段を含むことができる。

0060

本発明による装置はまた、ファブリペローキャビティ内部の圧力を測定および/または調整するための手段を含むことができる。

0061

本発明による装置はまた、ファブリペローキャビティへの電磁波の進入前および/またはファブリペローキャビティからの電磁波の放出後に電磁波のモードを変換するための変換手段を含むことができる。

0062

特に、変換手段は、
エミッタによって放射された、および/またはセンサによって検出された電磁波のモードはTEM00モードであり、および/または、
ファブリペローキャビティ内の電磁波のモードはHE11モードであるように配置することができる。

0063

TEM00およびHE11モードは、電磁波の伝播モードを示す。

0064

別の態様によれば、本発明は、装置(好ましくは前述の本発明による装置)によって実施される方法を提案し、この装置は、
第1のリフレクタおよび第2のリフレクタと、
第1のリフレクタによって形成された入口と、第1または第2のリフレクタによって形成された出口と、を含むファブリペローキャビティであって、第1のリフレクタおよび第2のリフレクタで区切られた長さを有するファブリペローキャビティと、を含み、
本発明による方法は、
ファブリペローキャビティの入口で100μmを超える、および/または3mm未満(好ましくは900μm未満)の波長λの電磁波を放射するステップであって、この放射は、好ましくは、前に開示した本発明による装置のエミッタによって実現されるステップと、
ファブリペローキャビティ内の電磁波を、ファブリペローキャビティの入口から出口まで伝播させるステップであって、この伝播はガイドによって行われ、ガイドは長手方向に延在する中空管を形成し、管の内側は横方向キャビティを含み、ガイドは、好ましくは、先に開示された本発明による装置のガイドである、ステップと、
横方向キャビティによるファブリペローキャビティ内の電磁波を誘導するステップと、
ファブリペローキャビティの出口を介して出る電磁波を検出するステップであって、この検出は、好ましくは、先に開示された本発明による装置のセンサによって実行される、ステップと、を含む。

0065

好ましくは、横方向キャビティは、第1のリフレクタと第2のリフレクタとの間でピッチPだけ離間させることができる。

0066

言い換えれば、2つの隣接する横方向キャビティは、ピッチPだけ離間させることができる。

0067

すべてのキャビティについて、このピッチPは、好ましくは平均値±30%またはさらに好ましくは±15%付近で一定または実質的に一定である。

0068

横方向キャビティは、第1のリフレクタと第2のリフレクタとの間で一定のピッチPで規則的に離間させることができる。

0069

本発明による装置が設計される際に、各ピッチPまたはピッチPの平均値は、実施することが望まれる波長λの関数として決定されることが好ましい。

0070

各ピッチPは、λ/5より大きく、かつ/またはλ/2より小さく、ならびに/あるいはλ/3±30%(λ/3−30%<P<λ/3+30%)またはさらに好ましくは±15%(λ/3−15%<P<λ/3+15%)に等しくすることができる。

0071

したがって、一実施形態では、各ピッチPは、100μmより大きく、かつ/または200μmより小さく、好ましくは115μmより大きくかつ/または170μmより小さくすることができる。好ましくは、各ピッチPは、120μm±20%、またはさらに好ましくは±10%に等しくすることができる。

0072

各横方向キャビティは、好ましくは、ガイドの長手方向に平行に規定される長さwを有することができる。

0073

異なるキャビティのすべての長さwは、好ましくは互いに等しく、任意選択で±20%、またはさらに好ましくは±10%である。

0074

長さwは、実施することが望ましい波長λの関数として決定することができる。

0075

各キャビティの長さwは、λ/10より大きく、かつ/またはλ/4より小さく、ならびに/あるいはλ/6±30%またはさらに好ましくは±15%に等しくすることができる。

0076

各キャビティwの長さは、λ/6以下にすることができる。

0077

したがって、一実施形態の例では、各キャビティの長さwは、50μmより大きく、かつ/または125μmより小さく、好ましくは60μm±20%、もしくはさらに好ましくは±10%に等しくすることができる。

0078

各キャビティwの長さは、この同じキャビティをその周囲のキャビティから分離する各ピッチPの半分以下とすることができる。

0079

各横方向キャビティは、好ましくは、ガイドの長手方向に垂直に規定される厚さdを有することができる。

0080

異なるキャビティのすべての厚さdは、好ましくは互いに等しく、任意選択で±20%、またはさらに好ましくは±10%である。

0081

実施することが望ましい波長λの関数として厚さdを決定することが可能である。

0082

各キャビティの厚さdは、λ/8より大きく、かつ/またはλ/2より小さく、ならびに/あるいはλ/4±20%、またはさらに好ましくは±10%に等しくすることができる。

0083

したがって、一実施形態では、各キャビティの厚さdは、100μmより大きく、かつ/または200μmより小さく、好ましくは125μm±20%、もしくはさらに好ましくは±10%に等しくすることができる。

0084

管に関して、これは10λより大きい最小内径aを有することができる。

0085

最小内径aは10mmより大きくすることができる。

0086

この最小内径は、本発明による装置について開示されているように規定されることが好ましい。

0087

第1のリフレクタおよび第2のリフレクタはそれぞれ誘導性グリッドを含むことができる。

0088

通常、このような誘導性グリッドは、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを含む。

0089

例えば、誘導性グリッドは、銅から作られ、および/または1.6μmの厚さ、セル間の16.9μmのピッチおよび8.4μmのセル幅を有することができる。

0090

あるいは、第1のリフレクタおよび/または第2のリフレクタは、容量性(好ましくは基板がない)または偏光グリッド、および/またはフォトニックミラーを含むことができる。

0091

そのような容量性グリッドは、好ましくは、基板を欠いて、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを含む。

0092

このような容量性(好ましくは基板がない)または誘導性グリッドには、このグリッドを介してファブリペローキャビティにガスが直接入ることができ、(個別のダクトを備えた特定の入口に関して)キャビティへのガスの進入を容易にするという技術的な利点があり、(中心から外れた、および/またはキャビティの長さへの管開口部によって形成されるガス入口に関して)その均一性およびキャビティ内のガスの拡散を改善する。

0093

本発明による方法は、ファブリペローキャビティの長さを変化させるために、第1のリフレクタおよび第2のリフレクタの少なくとも一方、好ましくは両方の長手方向の並進運動を含むことができ、この並進運動は、好ましくは、上記で開示された本発明による装置の少なくとも1つのアクチュエータによって実行される。本発明による方法は、第1のリフレクタの第1のアクチュエータによる長手方向の並進運動と、第2のリフレクタの第2のアクチュエータによる長手方向の並進運動と、を含むことができる。

0094

好ましくは、少なくとも1つのアクチュエータは圧電性とすることができる。

0095

好ましくは、本発明によるプロセスは、波長λの変動を含み、この変動は、好ましくは、上記で開示された本発明による装置のエミッタによって実行される。

0096

本発明による方法は、(好ましくは、上記で開示された本発明による装置の制御手段によるエミッタおよび少なくとも1つのアクチュエータを)駆動するステップを含むことができ、
(好ましくはエミッタにより)放射された電磁波の波長λを変化させ、
波長λの変化中に(好ましくはセンサにより)受信された信号を受信し、
受信された信号の振幅または電力または強度を最大化するように、受信された信号の関数としてファブリペローキャビティの長さを制御する。

0097

本発明による方法は、いくつかの物質を参照するデータベースでセンサによって受信された信号を処理し、この処理の関数としてファブリペローキャビティに収容された少なくとも1つの物質に関するデータを供給するステップを含むことができ、この処理およびこのデータの供給は、上記で開示された本発明による装置の処理手段によって実行されることが好ましい。

0098

本発明による方法は、ファブリペローキャビティ内部の圧力を測定および/または調整するステップを含むことができ、好ましくは上記で開示した本発明による装置の測定および/または調整手段を使用する。

0099

本発明による方法は、ファブリペローキャビティへの電磁波の進入前および/またはファブリペローキャビティからの電磁波の放出後の電磁波のモードの変換を含むことができ、この変換は、好ましくは、上記で開示された本発明による装置の変換手段によって実行される。

0100

特に、
エミッタによる放射および/またはセンサによる検出は、TEM00モードでの電磁波の放射および/または検出とすることができ、
伝播は、HE11モードでのファブリペローキャビティ内の電磁波の伝播とすることができる。

0101

代替例として、本発明による方法は、ガイドの損失および/またはリフレクタの少なくとも一方もしくは各々の反射率の測定を含むことができ、測定は、好ましくは、
同じリフレクタおよび同じタイプのガイドを使用するが、2つのリフレクタを分離する2つの異なる長さによる、本発明による1つまたは複数の装置のフィネスの2つの測定と、
これらの2つのフィネス測定から、ガイドの損失および/またはリフレクタの少なくとも一方もしくは各々の反射率を、通常は2つの未知数を有する2つの方程式系の解によって(好ましくは少なくとも1つのコンピュータ、中央または計算ユニットアナログ電子回路(好ましくは専用)、デジタル電子回路(好ましくは専用)、および/またはマイクロプロセッサ(好ましくは専用)および/またはソフトウェア手段を含む技術的手段である計算手段によって)計算することと、による。

0102

本発明の他の利点および特徴は、決して限定的ではない実施態様および実施形態の詳細な説明を読むことにより、および以下の添付図面から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

0103

図1は、本発明による装置700の優先的な実施形態を示す図である。
図2は、本発明による装置700の波状ガイドを示す図である。
図3および図4は、本発明による装置700によって送信される電力の測定結果を、装置700のエミッタの周波数の関数としてグラフ形式で示す図である。
図5は、本発明による装置700のレベルでの分子吸収に特徴的な測定の結果を、装置700のエミッタの周波数の関数としてグラフ形式で示す図である。

実施例

0104

以下に記載される実施形態は決して限定的ではないので、(この選択がこれらの他の特性を含むフレーズ内で分離されている場合でも)、特性のこの選択が技術的利点を与えるか、最新技術に関して本発明を区別するのに十分である場合には、本発明の変形例は、特に、記載された他の特性から分離して、記載された特性の選択のみを含むと考えることができる。この選択は、構造的詳細なしで、または構造的詳細の一部のみが、技術的利点を付与するか、または先行技術の状態に関して本発明を区別するのに十分な場合には、この構造的詳細の一部のみを含む、少なくとも1つの、好ましくは機能的な特徴を含む。

0105

図1は、本発明による装置700の実施形態の例を示す。
装置700は、第1のリフレクタ11および第2のリフレクタ12を含む。この例では、リフレクタ11、12の各々は、種々の材料のセル間の開口部を画定するメッシュを備えた誘導性グリッド(図示せず)を含む。例えば、誘導性グリッドは銅から作られ、1.6μmの厚さ、セル間の16.9μmのピッチ、8.4μmのセル幅(図示せず)を有することができる。

0106

装置700は、第1のリフレクタ11によって形成される入口E1と、第2のリフレクタ12によって形成される出口S1と、を含むファブリペローキャビティ100を含む。

0107

ファブリペローキャビティ100は、第1のリフレクタ11と第2のリフレクタ12との間に区切られた長さを有する。この長さは、長手方向D1で測定される。

0108

リフレクタ11は平面であり、湾曲していない。

0109

リフレクタ12は平面であり、湾曲していない。

0110

装置700は、波長λの電磁波を放出するように構成されたエミッタ13を含む。

0111

この例では、このエミッタ13は、波長λを変化させるように配置されている。

0112

ファブリペローキャビティ100の入口E1および/またはエミッタ13の出口において、波長λはこの例では500μm±10%に等しい。しかしながら、本発明はそのような波長に限定されず、後者は特にファブリペローキャビティ100への入口および/またはエミッタ13からの出口で100μmより大きくおよび/または3mmより小さく、さらには900μmであってもよい。

0113

装置700は、ファブリペローキャビティ100の出口S1を介して出る電磁波を検出するように配置されたセンサ14を含む。

0114

装置700の重要な要素は、この装置700のガイド200からなる。

0115

エミッタ13は以下を含む。
周波数シンセサイザ(VDIシンセサイザ(Virginia Diodes、Inc.))によって駆動される周波数逓倍チェーン
導波路200の最低損失モードで電磁波を良好に結合するための、逓倍チェーンと入口E1との間に位置するレンズ

0116

逓倍チェーンは、
WR10AMCアンプ/逓倍チェーン(Virginia Diodes、Inc.):70−110GHz、および/または
WR5.1x2、ブロードバンドダブラー(Virginia Diodes、Inc.):140−220GHz、および/または
WR1.5x3、ブロードバンドトリプラー(Virginia Diodes、Inc.):500−750GHzとすることができる。

0117

センサ14は、
周囲温度で動作するショットキーダイオード(WR1.5ZBD(Virginia Diodes、Inc.)と、
導波路200で検出された電磁波の良好な結合のための、出口S1とショットキーダイオードとの間に位置するレンズと、を含む。

0118

以下に見られるように、このガイド200は、特大の波状の非常に低損失の導波路である。

0119

長手方向D1に平行に、ガイド200は、Pの平均値の3倍より大きい長さを有し、この場合、長さは180.80mmに等しい。

0120

ガイド200は、通常、好ましくは金、銅、および/または銀で作られた金属(好ましくは、合金で作られた、または合金で作られていない良好な導電率を有する)から作られる。良好な電気伝導性を有する他の任意の材料から作られたガイドも想定されるか、または石英などの誘電材料から作られてもよい。

0121

ガイド200は、ファブリペローキャビティ100の入口E1からその出口S1まで、ファブリペローキャビティ100内の電磁波を伝播するように配置されている。

0122

ガイド200は、長手方向D1に延在する中空管を形成する。この方向D1は、一方では第1のリフレクタ11を通過し、他方では第2のリフレクタ12を通過するファブリペローキャビティ100内に延在するため、長手方向と呼ばれる。

0123

ガイド200および管の内側(すなわち、特にキャビティ)は、長手方向D1に平行な対称軸の周りに回転対称性を有し、この軸は図1および図2点線で示されている。

0124

図2を参照すると、管の内側は、横方向キャビティ2a、2b、2c、またはファブリペローキャビティ100内に電磁波を導くように配置された溝を含む。これらの横方向キャビティ2a〜2cまたは波形は、長手方向D1において互いに連続している。図2を明確にするために、そこには7つのキャビティのみが示されており、これらのキャビティのうち3つのみがそれぞれ符号2a、2b、2cである。

0125

この例では、管200は、最小内径aによって規定される円形の内部断面を有する。

0126

一実施形態では、横方向キャビティ2a〜2cの寸法は、電磁波の波長λおよび/または最小内径aに依存する。通常、
−最小内径aは10λより大きく、かつ10mmより大きい。
−第1のリフレクタ11と第2のリフレクタ12との間で、横方向キャビティ2a〜2cは、ピッチPだけ規則的に離間しており、すべてのキャビティについて、このピッチPは、平均値±30%、好ましくは±15%前後で一定またはほぼ一定であることが好ましい。各ピッチPおよびピッチPの平均値は、λ/5より大きくλ/2より小さく、λ/3±30%、さらには±15%に等しく、したがって、λ=500μmでの動作の実施態様の文脈では、各ピッチPは100μmより大きく、かつ250μm未満、さらには116μmより大きく、かつ216μm未満であり、
−各横方向キャビティ2a〜2cは、ガイド200の長手方向D1に平行に規定される長さwを有し、P/2未満、すなわちλ/6未満である。wは、λ/10より大きくかつλ/4未満で、λ/6±30%、さらには±15%に等しく、50μmより大きく、かつ/または125μm未満で、好ましくは60μm±10%に等しく、したがって、λ=500μmで動作する実施態様の文脈では、長さwは108μm未満で58μmより大きい必要があり、理想的には83μm未満である。
−各横方向キャビティ2a〜2cは、ガイド200の長手方向D1に垂直に画定され、λ/8より大きく、かつλ/2未満で、λ/4±20%、さらには±10%に等しく、100μmより大きくかつ/または200μm未満、好ましくは125μm±10%に等しい厚さdを有する。したがって、λ=500μmでの動作の実施態様の文脈では、厚さdは125μm±20%またはさらに好ましくは±10%に等しくなければならず、したがって100μmより大きく150μm未満でなければならない。

0127

λの関数としてのこれらのa、P、w、およびdの値は、以下で説明する本発明による方法の実施形態の実施中にλのすべての値に対して有効であり、λはその波長動作範囲で変化する。

0128

図2の実施形態では、長さwはピッチPの半分未満である。図示していない実施形態では、長さwはピッチPの半分に等しくすることができる。

0129

装置700は、ファブリペローキャビティ100の長さを変化させるために、第1のリフレクタ11および第2のリフレクタ12を長手方向D1に並進させるようにそれぞれ配置された第1のアクチュエータ31および第2のアクチュエータ32も含む。

0130

第1および第2のアクチュエータ31、32は、圧電性であることが好ましい。

0131

装置700は、エミッタ13とアクチュエータ31、32とを制御するように配置および/またはプログラムされた制御手段40を含み、それによって、
エミッタ13から放射される電磁波の波長λを変化させ、
波長λの変化中にセンサ14により受信された信号を受信し、
センサ14により受信された信号の振幅または電力または強度を最大化するように、センサ14により受信された信号の関数としてファブリペローキャビティ100の長さを制御する。

0132

手段40は以下の手段を含む。
同期検出(Signal Recoveryモデル7230)、
−データを取得し、ソース13のシンセサイザを駆動するように配置および/またはプログラムされた(コンピュータ)手段、
−誘導性グリッド11、12が配置される2つの圧電アクチュエータ31、32に作用することにより(共振器共振で)伝送最大値にわたってキャビティ100の長さを制御するように配置および/またはプログラムされる比例−積分−微分ループ(または「PID」、例えばアナログデジタル/デジタルアナログカードによってコンピュータによって提供される)。

0133

PIDループによって生成された補正信号は、圧電アクチュエータ31、32を使用するための高電圧電源(E−508.00(Physik Instrument))を駆動する。

0134

装置700は、いくつかの物質を参照するデータベース(図示せず)および処理手段(図示せず)も含む。

0135

処理手段は、好ましくは少なくとも1つのコンピュータ、中央処理または計算ユニット、アナログ電子回路(好ましくは専用)、デジタル電子回路(好ましくは専用)、および/またはマイクロプロセッサ(好ましくは専用)および/またはソフトウェア手段を含む技術的手段である。

0136

これらの処理手段(図示せず)は、センサ14によって受信された信号をデータベース(図示せず)で処理する機能として、ファブリペローキャビティ100に収容された少なくとも1つの物質に関するデータを供給するように配置および/またはプログラムされる。

0137

装置700は、ファブリペローキャビティ100ターボラボ80の一次および二次ポンプステム(Oerlikon)内の圧力を測定および/または調整する手段も含む。

0138

装置700はまた、ファブリペローキャビティ100への進入前および/またはファブリペローキャビティ100からの退出後に電磁波のモードを変換する変換手段(図示せず)を含む。

0139

この例では、そのような変換手段(図示せず)は次のように配置される。
−エミッタ13によって放射され、および/またはセンサ14によって検出される電磁波のモードは、TEM00横方向電子モードであり、これは基本横方向モードであり、ガウスビームと同じ形状を有する、および/または
−ファブリペローキャビティ100内の電磁波のモードはHE11ガイドモードである。それは放射の偏光を保持し、損失も少ないハイブリッド伝播モードである。
−エミッタ13によって生成されたTEM00モードは、ガイドのHE11モードに可能な限り効率的に結合される。
−ガイドによって送信された波は、可能な限り効率的にセンサ14に結合される。

0140

TEM00モードのHE11ガイドモードへの結合は、理想的には98%である。ソース13のレンズ(焦点距離25mm)は、問題のモードでの効果的な結合のために、エミッタ13によって放射される電磁波の空間的寸法適合させることを可能にする。逆に、HE11モードは、ガイド200からの出口でほぼ完全にガウスモード投影され、センサ14のレンズは電磁波をセンサ14のダイオード集束させる。このHE11モードはまた、電磁波の偏光を保存し、センサ14のショットキーダイオードは電磁波を検出することを可能にする。他の十分に敏感なTHz波検出器は、本発明と互換性がある(ボロメータ圧電検出器など)。

0141

そのような装置700は、特に以下を使用して、以下で説明する本発明による方法の実施形態で実施することができる。
−第1のリフレクタ11および第2のリフレクタ12、
−第1のリフレクタ11によって形成された入口E1と、第1のリフレクタ11または第2のリフレクタ12によって形成された出口S1と、を含むファブリペローキャビティ100であって、第1のリフレクタ11と第2のリフレクタ12によって区切られた長さを有するファブリペローキャビティ100。

0142

本発明による方法のこの実施形態は、
ファブリペローキャビティ100の入口E1で100μmを超える、および/または3mm未満の波長λの電磁波を放射するステップであって、この放射はエミッタ13によって実行される、ステップと、
ファブリペローキャビティ100内の電磁波を、ファブリペローキャビティ100の入口E1から出口S1まで伝播させるステップであって、この伝播はガイド200によって実行され、ガイドは横方向D1に延在する中空管を形成し、管200の内側は横方向キャビティ2a〜2cを含む、ステップと、
横方向キャビティ2a〜2cによるファブリペローキャビティ100内の電磁波を誘導するステップと、
ファブリペローキャビティ100の出口S1を介して出る電磁波を検出するステップであって、この検出は、好ましくはセンサ14によって実行される、ステップと、を含む。

0143

この例では、
−横方向キャビティ2a〜2cは、ピッチPで第1のリフレクタ11と第2のリフレクタ12との間で規則的に離間されている、
−ピッチPは、実施することが望ましい波長λまたは波長動作間隔λの関数として決定される、
−長さwは、実施が望まれる波長λまたは波長動作間隔λの関数として決定される、
−厚さdは、実施したい波長λまたは波長動作間隔λの関数として決定される、
−第1のリフレクタ11と第2のリフレクタ12の少なくとも一方、好ましくは両方の長手方向の並進運動のステップは、ファブリペローキャビティ100の長さを変化させるために実行され、この並進運動は、少なくとも1つのアクチュエータ31、32によって実行される、好ましくは、並進運動のステップは、より具体的には、長手方向D1に第1のリフレクタ11の第1のアクチュエータ31によって実行され、並進運動のステップは、長手方向D1に第2のリフレクタ12の第2のアクチュエータ32によって実行される、
−波長λの変動のステップは、その作動間隔と呼ばれる間隔内で実行され、この変動はエミッタ13によって実行される、
−エミッタ13および少なくとも1つのアクチュエータ31、32の制御手段(図示せず)による駆動ステップが実行され、それによって、
・エミッタ13が放射する電磁波の波長λを変化させ、
・波長λの変動中にセンサ14が受信した信号を受信し、
・センサ14が受信する信号の振幅または電力または強度を最大化するように、センサ14が受信する信号の関数としてファブリペローキャビティ100の長さを制御する、
−センサ14が受信した信号をデータベース(図示せず)で処理するステップと、ファブリペローキャビティ100に収容された少なくとも1つの物質に関するデータを供給するステップが、この処理ステップの関数として実行され、データを処理および供給するこれらのステップが処理手段(図示せず)によって実行され、例えば、信号を処理するステップは、定義されたスペクトル範囲で通常使用されるデータベースの助けを借りて、ターゲット種識別するために実行される、
−ファブリペローキャビティ100内の圧力を測定および/または調整するステップは、測定および/または調整手段(図示せず)を用いて実行され、圧力は、好ましくは1ミリバール未満の値に調整され、このような「真空」により、キャビティ100のフィネスに悪影響を与える大気損失を回避することが可能になる、
−ファブリペローキャビティ100に進入する前および/またはファブリペローキャビティ100から出た後に電磁波のモードを変換するステップが実行され、この変換は変換手段(図示せず)によって実行され、通常は、
・エミッタ13による放射および/またはセンサ14による検出のステップは、TEM00モードでの電磁波の放射および/または検出とすることができ、および/または
・伝播するステップは、損失が最も低いHE11モードでのファブリペローキャビティ100内の電磁波の伝播とすることができる。

0144

装置700から送信される電力
本発明の例示的な実施では、波長λが変化し、したがって、エミッタ13によって放出される電磁波の周波数v(fで表すこともできる)が変化する。したがって、共振ピークからなる一連の最大値を有する周波数vの関数として装置700から送信される電力を取得することが可能である。

0145

このような共振ピークは、図3グラフに示されており、X軸X1は、センサ14によって測定される電磁波の周波数vであり、581GHz〜590GHzで構成され、Y軸Y1は、送信される電力(任意単位)である。

0146

図3の結果を得るために、ファブリペローキャビティ100内の圧力は、0.01ミリバール未満の圧力に達するように調整手段(図示せず)によって調整された。そのような圧力により、水蒸気に本質的に関連する大気吸収を制限することにより、装置700の動作を最適化することが可能になる。

0147

各最大値間の周波数間隔は「自由スペクトル間隔」(FSI)と呼ばれ、この例では、次の式で計算される。



ここで、Cは真空中の光の速度に対応し、Lはガイドの物理的な長さに対応する。この例では、L=180.80mmである。

0148

フィネス
特に微量ガス分析および/または非常に低い強度の分子転移の研究である、想定される用途のための装置700の定義および適切な特性の1つは、次の式によって定義されるフィネスである。



ここで、Δvはハーフハイトでの共鳴ピーク全周波数幅に対応する。

0149

品質係数によって装置を特徴付けることもできる。



v0は、共振周波数(伝送が最大になる周波数)。

0150

図4に示すように、共鳴ピークの高いスペクトル分解能で生成された記録を調整すると、Δvの測定値を取得することができる。図4では、X軸X2はセンサ14によって測定された580.640GHz〜580.660GHzの電磁波の周波数vであり、Y軸Y2は検出された電力(任意単位)である。

0151

装置700のフィネスおよびその品質係数Qは、従来技術の状態におけるすべての公知の値を超える。

0152

フィネスに関する装置700の性能は、次の2つの要因によって制限される。一方で、誘導性グリッド11、12の不十分な反射係数であり、他方で、ガイド200の伝送損失である。

0153

この段階で、発明者らによれば、上記の2つの要因のどちらが得られるフィネスを制限するかを特定することは困難であると思われる。

0154

フィネス、誘導性グリッド11、12の反射、およびガイド内の損失Gは、次の式でリンクされる。



ここで、Rは以下を備えた誘導性グリッドの電力反射係数である。
A+T+R=1
ここで、Aは誘導性グリッドを1回通過することによる吸収を示し、Tは透過係数を示す。

0155

この例では、フィネスが850の場合、1−R+G=0.36%の損失になる。

0156

ガス分析
発明者らは、装置700を使用して、「マルチパスセル」に相当するものを生成し、通常100〜3000GHzに含まれる周波数範囲ではアクセスが困難な相互作用長に到達した。

0157

ファブリペロー共振器の等価光路Leqは、装置700のフィネスに比例することが実証されている。



ここで、Fはフィネス、Lはキャビティ100の物理的な長さである。

0158

したがって、約100mの長さの光路を持ち、バルクが制限された吸収セルを利用することができる。

0159

赤外線(波長1〜10μm)の分光学調査に関する重要な違いは、吸収線の幅に関連している。光線の幅は低圧での周波数vに比例するため、光線はTHz領域で赤外線よりもはるかに小さくなる。結果として、キャビティ100の長さを調整して、分子遷移の周波数と装置700の共振を一致させ、エミッタ13の周波数vを掃引することによりこの一致を維持することが困難である。

0160

この目的のために、上記の実施形態によれば、発明者らは、2つの圧電アクチュエータ31、32と、周波数変調エミッタ13と、を使用した。

0161

したがって、装置700の共振を通過する際に、同期検出により、センサ14によって受信される信号の高調波1および2を分離することが可能になり、これらの高調波はそれぞれ共振ピークの一次および二次導関数を表す。一次導関数誤差信号を生成し、PIDを介してアクチュエータ31、32を駆動して、ファブリペローキャビティ100の長さを最大伝送に制御する。二次導関数は、装置700の電力伝達の特性、したがって分子共鳴の特性である。

0162

本発明者らは、そのような装置700を用いてガスを識別し、その感度を評価する能力テストした。このテストは、分光計較正によく使用される基準ガス、この場合は0.188%2の天然存在比を有する少数硫化カルボニル同位体(18O12C32S)を使用して実行された。このようなガスには、非常に広いスペクトル範囲にわたって多くの分子遷移がある。約592.66789GHz(J=52←51)をターゲットとする光線の強度S(周囲温度における)は次のとおりである。
S=2.467*10−24cm−1/(分子.cm−2)J=52←51

0163

この強度は、様々なデータベース(図示せず)で利用可能である。このユニットは、分光法で一般的に使用され、HITRANを含む様々なデータベースで採用されている。この強度により、Beer−Lambertの法則を使用してガスの吸収を計算できる。
I(v)=I0e−α(v)l
ここで、α(v)は吸収(cm−1)を示し、lは相互作用の長さ(cm)を示し、I0はエミッタ13の強度を示し、I(v)は透過強度を示す。
α(v)=NSgD
ここで、Nはターゲット分子の濃度(分子/cm−3)、Sはターゲット遷移の強度(cm−1/(分子.cm−2))、gDは圧力に依存する1で標準化された光線形状を示す。低圧力では、ドップラー拡幅化の下で、gDはガウス分布である。



ここで、v0は分子遷移の中心周波数、ΔvDは波数(σ=1/λ)(cm−1)で表した問題の遷移の高さの半分のドップラー半値幅、Tは温度(ここでは300K)、Mは分子のモル質量ターゲット同位体では62)である。

0164

したがって、55μbarの圧力では、N=1.33*10+15分子/cm−3およびα(v=v0)=1.003*10−4cm−1である。

0165

強度遷移の研究であれ低濃度分子の研究であれ、可能な限り最大の相互作用経路を有することには大きな利点がある。

0166

したがって、Beer−Lambertの法則を使用すると、
−1mの相互作用経路は0.998%の吸収に対応する、
−10mの相互作用経路は、9.98%の吸収に対応する。

0167

上記の実験プロトコルにより、分子吸収に特徴的な信号を取得することができ、この例では、ターゲット分子遷移の吸収性に比例する。



このような信号は、図5のグラフに示されており、X軸X3は周波数v(GHz)に対応し、Y軸Y3は分子吸収(任意単位)に対応する。

0168

これらの結果は、本発明が、約600GHzで約1分の測定時間で、強度が10−26cm−1/(分子.cm−2)未満の遷移を記録できることを示している。

0169

本発明は、ファブリペロー共振器を容易に実施することを可能にし、したがって、THz領域で動作する利点から利益を得ながら、他のスペクトル領域で公知のすべての用途へのアクセスを提供する。

0170

特に、キャビティリングダウン分光法および/またはキャビティ増強吸収分光法CEAS)タイプの技術を利用した微量のガスを検出および定量化するシステムは、装置700のフィネスから、今後構想することができる。

0171

THzドメインの優れた選択性により、優れた検出限界複数種の検出が可能である。

0172

大気または産業プロセス監視もこの進歩の恩恵を受けるはずである。

0173

呼気超高感度THz分析は、医療診断に役立つことができる。

0174

食品鮮度の監視もこの進歩の恩恵を受ける可能性がある。

0175

多くの場合、ターゲット分子専用の赤外線用のシステムは、干渉物質によって制限される。実際、遷移幅はTHz領域よりもはるかに重要であることが示されており、したがって選択性が低下している。

0176

もちろん、本発明は今説明した例に限定されるものではなく、本発明の範囲を超えることなくこれらの例に多くの修正を加えることができる。さらに、本発明の様々な特徴、形態、変形、および実施形態は、それらが非互換または相互排他的でない限り、様々な組み合わせで一緒に組み合わせることができる。

0177

示していない実施形態では、
−入口E1と出口S1は、第1のリフレクタ11によって区切られている。次に、エミッタ13とセンサ14は両方とも第1のリフレクタ11の横方向に配置され、例えば、偏光効果に基づいて、分離ブレードまたはキャビティに入る波とキャビティを出る波との間の任意の他の分離手段によって分離され、および/または
−リフレクタ11、12の誘導性グリッドは、THz領域で良好な反射係数と最小の伝送損失を有する任意の手段で置き換えることができ、および/または
−エミッタ13は、エミッタアセンブリに置き換えることができ、および/または
−センサ14は、センサアセンブリに置き換えることができ、および/または
−リフレクタ11および/または12は湾曲可能であり、
−各リフレクタ11、12は、それぞれ誘導性または容量性グリッドを含むことが好ましく、代替例として、装置700はしたがって、以下も含む。
*ファブリペローキャビティ100の外部にガスを注入するように配置された注入手段(例えば、ノズル、ダクト、および/またはポンプなどを含む)、このガスが注入手段からキャビティ100の外側からリフレクタ11または12のグリッド(容量性(好ましくは基板がない)または誘導性)を介してキャビティ100の内側に通過できるように配置された装置700、
*ファブリペローキャビティ100の外部からガスを排出するために配置された排出手段(例えば、ノズル、ダクト、および/またはポンプなどを含む)、装置700は、このガスがキャビティ100の内部からリフレクタ11および/または12のグリッド(誘導性または容量性)を介してキャビティ100の外部から排気手段の方向に通過できるように配置されている。

0178

通常、容量性グリッドは、基板上のスタッドで形成される。しかしながら、本発明による装置の文脈において、基板を含まない、または基板が容量性グリッドのメッシュ間で貫通される「多孔性」容量性グリッドを使用することが可能であることが好ましい。

0179

加えて、本発明による方法の代替例は、ガイド200の損失および/またはガイド200のリフレクタ11、12の反射係数の測定を含むことができる。

0180

実際、本発明は、本発明のフィネスを調整する2つの重要なパラメータ(リフレクタ11、12の反射係数およびガイド200の損失)を決定することも可能にする。実際、最新技術によれば、1に近い反射係数を測定し、本発明で使用される波状ガイドのような非常に低損失のガイドの損失を評価することは難しい。

0181

測定されたフィネスF(現在の実証では850)は、次のように表される。



R:実施される各リフレクタ11、12の反射率を示す(ここでは同一と仮定)。
z:ガイド200の損失を示す。
L:(本発明の)干渉計の物理的な長さ、すなわち2つのリフレクタ11、12を分離する距離を示す。

0182

したがって、「R」および「z」を決定する方法は、同一の対のリフレクタ11、12、および同一タイプ(すなわち、同じ材料、同じピッチP、キャビティの長さw、最小内径a、キャビティの厚さdの特性)であるが、2つのリフレクタ11、12を分離する2つの異なる長さL(および好ましくは2つの異なる総ガイド長さ200)を有するガイド200を使用して、本発明による2つの装置(2つの異なるキャビティ長に従って設定された本発明による同じ装置、または2つの異なるキャビティ長を有する本発明による2つの別個の装置)のフィネスを測定することからなる。したがって、(測定により)以下が提供される。
2つのリフレクタ11、12を分離する長さL1を使用する本発明による装置のフィネス:

0183

次に、2つのリフレクタ11、12を分離する長さL2を使用する本発明による装置のフィネス:

0184

ガイド200の全長は、キャビティの長さプラスまたはマイナス数十または数百マイクロメートルに等しい。

0185

これらの2つの関係は、2つの未知数を有する2つの方程式を構成し、そこから「R」と「z」が計算され、取得される。この計算は技術的手段である計算手段によって実行され、それは、好ましくは少なくとも1つのコンピュータ、中央処理または計算ユニット、アナログ電子回路(好ましくは専用)、デジタル電子回路(好ましくは専用)、および/またはマイクロプロセッサ(好ましくは専用)および/またはソフトウェア手段を含む。

0186

例えば:
L1=L2/2が使用される。
損失zは、長さの単位あたりのデータ項目である、すなわち、ガイド200の長さとは独立である。

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