Optical parametric sources for stand-off long-wave infrared gas detection - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2015

Optical parametric sources for stand-off long-wave infrared gas detection

Sources paramétriques optiques pour la détection de gaz à distance dans l'infrarouge lointain

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Abstract

To ensure stand-off detection of gaseous chemical species in the atmosphere by active infrared spectrometry, a coherent source emitting a widely tunable narrow spectral linewidth beam with good quality and high energy is required. Parametric sources based on second order non linear optics are the only technological solution meeting all these requirements in the nanosecond regime. However, their development in the 6-16 µm spectral range (including the 8-12 µm atmospheric transparency window), which contains several absorption lines of hazardous chemicals and explosives, has not been sufficient yet due to technological difficulties. In this work, we show how to address this challenge by setting up the first pulsed single-frequency optical parametric oscillators emitting in the 8-12 µm range, based on the doubly resonant Nested Cavities architecture (NesCOPO). We also propose a new kind of very compact OPO with amazing tunability properties (Sheet OPO). Finally, by carrying out stand-off detection of ammonia vapor and optical parametric amplification experiments, we show how these sources can be used as the core element of operational systems for long range stand-off detection of hazardous gases in the atmosphere.
Pour détecter des espèces chimiques gazeuses à distance dans l'atmosphère par spectrométrie active, il est nécessaire d'avoir une source cohérente délivrant un faisceau fin spectralement, de bonne qualité spatiale, largement accordable dans l'infrarouge et énergétique. Les sources paramétriques, basées sur l'optique non linéaire d'ordre 2, constituent la seule filière technologique capable de répondre à toutes ces exigences en régime nanoseconde. Cependant, leur développement dans la gamme spectrale 6-16 µm (incluant la bande III de transmission atmosphérique 8-12 µm), qui contient de nombreuses raies d'absorption de gaz de combat, toxiques et d'explosifs est encore insuffisant en raison de difficultés technologiques. Dans ce travail, nous montrons comment les surmonter par la réalisation des premiers oscillateurs paramétriques optiques impulsionnels monofréquences en bande III, basés sur l'architecture doublement résonnante à cavités imbriquées (NesCOPO). Nous proposons également un nouveau type d'OPO très compact aux propriétés d'accordabilité remarquables (Sheet OPO). Enfin, par la mise en oeuvre d'une expérience de détection à distance de vapeurs d'ammoniac et des expériences d'amplification paramétrique optique, nous montrons comment ces sources peuvent servir de brique de base pour réaliser des systèmes opérationnels pour la détection de gaz dangereux à longue distance dans l'atmosphère.
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Dates and versions

tel-01212919 , version 1 (07-10-2015)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01212919 , version 1

Cite

Quentin Clément. Sources paramétriques optiques pour la détection de gaz à distance dans l'infrarouge lointain. Physique [physics]. Ecole Polytechnique, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01212919⟩
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