Laserdiodenspektroskopie zum selektiven Nachweis von Spurengasen:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2012
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| Schriftenreihe: | Optische Hochfrequenztechnik und Photonik
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
2 ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE ZUR GASANALYSE 5
2.1 VORBEMERKUNG Z U GROESSEN UND EINHEITEN 5
2.2 LICHTABSORPTION DURCH MOLEKUELE 6
2.2.1 ROTATIONSUEBERGAENGE 8
2.2.2 VIBRATIONSUEBERGAENGE 12
2.2.3 ROTATIONS-VIBRATIONS-UEBERGAENGE 16
2.2.4 ANHARMONIZITAET UND OBERTOENE, KOMBINATIONSSCHWIN GUNGEN UND
INVERSIONSSCHWINGUNGEN 17
2.2.5 ELEKTRONISCHE UEBERGAENGE 21
2.2.6 ISOTOPENEFFEKTE 21
2.3 FORM UND STAERKE VON ABSORPTIONSLINIEN 22
2.3.1 LINIENVERBREITERUNG UND LINIENPROFILE 2 2
2.3.2 BEOBACHTBARE LINIENINTENSITAET 2 5
2.4 ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE UND LAMBERT-BEER-GESETZ 2 8
2.5 SPEKTROSKOPIE MIT ABSTIMMBAREN LASERN 2 9
3 GEEIGNETE LASERDIODEN UND IHRE EIGENSCHAFTEN 31
3.1 FUNKTIONSPRINZIP EINES DIODENLASERS 3 2
3.2 GEEIGNETE LASERDIODENTYPEN 3 2
3.2.1 DISTRIBUTED FEEDBACK-LASER (DFB-LASER) 3 3
3.2.2 VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER (VCSEL) . . . 3 5
3.2.3 DIODENLASER MIT EXTERNEM RESONATOR 3 6
3.3 MODULATION UND FREQUENZABSTIMMUNG VON DFB-LASERN . . . . 37
3.3.1 STROM-LEISTUNGS-KENNLINIE 3 8
3.3.2 STATISCHE ABSTIMMUNG DER WELLENZAHL 3 9
3.3.3 DYNAMISCHES ABSTIMMVERHALTEN 4 0
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IMAGE 2
I V
4 STOEREINFLUESSE UND GRENZEN DER LASERDIODENSPEKTROSKOPIE 49
4.1 RAUSCHEN 4 9
4.1.1 DETEKTORRAUSCHEN 4 9
4.1.2 INTENSITAETSRAUSCHEN DER LASERDIODE 5 6
4.1.3 VERFAHREN ZUR QUANTITATIVEN RAUSCHMESSUNG 5 8
4.1.4 AUSGEWAEHLTE MESSERGEBNISSE 6 2
4.2 ETALONS, DRIFT U N D STABILITAET 6 7
4.2.1 ETALONS ALS PARASITAERE RESONATOREN 6 7
4.2.2 CHARAKTERISIERUNG DER STABILITAET DURCH DIE ALLAN-VARIANZ 6 9
5 DETEKTIONSVERFAHREN 73
5.1 UEBERBLICK UEBER VERFUEGBARE DETEKTIONSVERFAHREN 73
5.2 DIREKTE ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE (DAS) 7 5
5.2.1 GRUNDPRINZIP 75
5.2.2 VERWENDETER MESSAUFBAU 7 8
5.2.3 DATENVERARBEITUNG UND KONZENTRATIONSBESTIMMUNG . . 7 9
5.3 WELLENLAENGENMODULATIONSSPEKTROSKOPIE ( W M S ) 8 6
5.3.1 GRUNDPRINZIP 8 6
5.3.2 VERWENDETER MESSAUFBAU 92
5.3.3 DIGITALE LOCK-IN-DETEKTION 9 4
5.3.4 KONZENTRATIONSBESTIMMUNG DURCH LINEARE REGRESSION . 104
6 FILTERUNG UND UMGANG MIT RAUSCHEN 107
6.1 AEQUIVALENTE RAUSCHBANDBREITE UND SIGNAL-RAUSCH-VERHAELTNIS . 107 6.2
FILTERUNG BEI DER DIREKTEN ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE 109
6.2.1 SPEKTRALE DARSTELLUNG DES DETEKTORSIGNALS 109
6.2.2 FILTERUNG DURCH MITTELUNG MEHRERER RAMPENPERIODEN . 110
6.2.3 ZUSAETZLICHE TIEFPASSFILTERUNG 112
6.2.4 RAMPENFREQUENZ, RAUSCHSPEKTRUM U N D S N R 113
6.3 FILTERUNG BEI DER WELLENLAENGENMODULATIONSSPEKTROSKOPIE . . . 118
6.3.1 SPEKTRALE DARSTELLUNG DES DETEKTORSIGNALS 118
6.3.2 SCHMALBANDIGE TIEFPASSFILTERUNG BEI DER LOCK-INDETEKTION 119
6.3.3 RAUSCHSPEKTRUM UND MODULATIONSFREQUENZ 120
6.3.4 FILTERWIRKUNG DER LINEAREN REGRESSION 122
IMAGE 3
V
7 MESSDATENQUANTISIERUNG IN BEISPIELMESSUNGEN MIT DAS
UND WMS 125
7.1 EINFLUSS DER QUANTISIERUNG A U F DAS S N R 125
7.1.1 SIMULIERTE SPEKTROMETERSYSTEME 125
7.1.2 ERGEBNISSE 126
7.2 DIREKTER VERGLEICH VON DAS UND W M S IM MESSEINSATZ . . . . 129
7.2.1 SPEKTROMETERAUFBAU UND DURCHGEFUEHRTE MESSUNGEN . . 129
7.2.2 VERWENDETE DATENVERARBEITUNG 132
7.2.3 ERGEBNISSE DER MESSUNGEN 134
7.2.4 FOLGERUNGEN FUER DEN EINSATZ VON MESSKARTEN 142
8 ISOTOPENAUFGELOESTE MESSUNG VON AMMONIAK 145
8.1 VERMESSUNG UND AUSWAHL GEEIGNETER ABSORPTIONSLINIEN . . . . 146
8.1.1 AUFBAU ZUR UNTERSUCHUNG DES AMMONIAKSPEKTRUMS . 148
8.1.2 VERFUEGBARE PROBEN 149
8.1.3 DAS ABSORPTIONSSPEKTRUM VON U N H : ( U N D LR NH;( IN DER
UEBERSICHT 150
8.1.4 IDENTIFIKATION GEEIGNETER ABSORPTIONSLINIEN 154
8.1.5 REINHEIT DER VERWENDETEN AMMONIAK-PROBEN 157
8.1.6 BESTIMMUNG EINZELNER LINIENPARAMETER 159
8.2 MESSUNGEN AN ISOTOPENGEMISCHTEN PROBEN 168
8.2.1 DIE DELTA-NOTATION 168
8.2.2 SPEKTROMETERAUFBAU 169
8.2.3 ERGEBNISSE D E R MESSUNGEN 175
8.3 AUSBLICK ZUR ISOTOPENAUFGELOESTEN MESSUNG 180
9 ZUSAMMENFASSUNG 183
LITERATURVERZEICHNIS 187
SUMMARY 197
DANKSAGUNG 201
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