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DOTA - Optique théorique et appliquée

Spectroscopie à distance par laser supercontinuum infrarouge

Les techniques de détection, identification, et mesure de concentration de multiples espèces chimiques dans l’atmosphère constituent un enjeu à la fois pour l’environnement et la santé (surveillance des émissions polluantes…), pour la sécurité civile ou militaire (identification des espèces d’un nuage toxique…), et pour le climat (surveillance des gaz à effet de serre).
L'avènement de nouvelles sources laser intenses capable d'émettre un supercontinuum de lumière dans l'infrarouge (de 1 à 4 µm voir rubrique "laser à fibre") ouvre de nouvelles possibilités de spectroscopie à distance. Les spectres d'absorption caractéristiques de molécules d'intérêt se situent en effet dans cette gamme de longueur d'onde: gaz à effet de serre (CO2, CH4) et composés organiques volatils (COV).

L'Onera développe des sources laser supercontinuum et étudie les concepts de mesure et les méthodes d'inversion permettant d'identifier et quantifier un ou plusieurs gaz particuliers au milieu d'interférents. Ces travaux font l'objet de trois thèses simultanées. Récemment, notre équipe a réalisé une source s’étendant de 1.6 µm à plus de 3.7 µm[1,2]. Parallèlement, des algorithmes d’identification et de quantification[3,4,5] ont été testés avec succès sur des mélanges de gaz (H2O, CH4). L’évaluation des limites de détection nous permet de bien cerner le potentiel métrologique des sources supercontinuum pour la spectroscopie. L'objectif est à terme de sortir la mesure spectroscopique du laboratoire pour réaliser des systèmes de terrain capables de caractériser à distance des espèces multiples en un temps réduit.


Spectre d'absorption dans l'infrarouge de différentes molécules
Spectre d'absorption dans l'infrarouge de différentes molécules
 

Banc transportable de spectroscopie laser
Banc transportable de spectroscopie laser

 

Références

1]  Duhant, M., Etude des sources supercontinuum à fibres transparentes dans le moyen infrarouge,  Thesis dissertation, Université de Bourgogne (2012)

[2] Duhant, M., Renard, W., Canat, G., Smektala, F., Troles, J., Bourdon, P., Planchat, C., Improving mid-infrared supercontinuum generation efficency by pumping a fluoride fiber directly into the anomalous regime at 1995nm, in CLEO/Europe and EQEC 2011 Conference Digest, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2011), paper CD9_1

[3] Fade, J., Lefebvre, S., Cézard, N., Minimum Description Length approach for unsupervised spectral unmixing of multiple interfering gas species, Opt.Expr. 19, 13862-13872 (2011)

[4] N. Cézard, A.Dobroc, G.Canat, M.Duhant, W.Renard, C.Alhenc-Gelas, S.Lefebvre, J.Fade, Supercontinuum laser absorption spectroscopy in the mid-infrared range for identification and concentration estimation of a multi-component atmospheric gas mixture , Proc. of SPIE Vol. 8182 81820V-1 – 81820V-12 (2011)

[5] A. Dobroc, N. Cézard, Performance assessment and signal processing for range-integrated concentration measurement of gas species using Supercontinuum Absorption Spectroscopy, Accepted for publication in Applied Optics (2012)


 

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