Abstract

A new diode-laser-based UV-absorption sensor for high-speed detection of the hydroxyl radical (OH) is described. The sensor is based on sum-frequency generation of UV radiation at 313.5 nm by mixing the output of a 763-nm distributed-feedback diode laser with that of a 532-nm high-power, diode-pumped, frequency-doubled Nd:YVO4 laser in a β-barium borate crystal. Approximately 25μW of UV radiation is generated and used to probe rotational transitions in the A2Σ+X2Π (v=0, v=0) electronic transition of OH. Single-sweep, single-pass measurements of temperature and OH concentration in a stoichiometric C2H4–air flame are demonstrated at rates up to 20 kHz.

© 2005 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. B. L. Upschulte, D. M. Sonnenfroh, and M. G. Allen, Appl. Opt. 38, 1506 (1999).
    [CrossRef]
  2. T. Aizawa, T. Kamimoto, and T. Tamaru, Appl. Opt. 38, 1733 (1999).
    [CrossRef]
  3. T. Aizawa, Appl. Opt. 40, 4894 (2001).
    [CrossRef]
  4. G. Pesce, G. Rusciano, and A. Sasso, Chem. Phys. Lett. 374, 425 (2003).
    [CrossRef]
  5. D. B. Oh, Opt. Lett. 20, 100 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
    [CrossRef]
  7. G. J. Ray, T. N. Anderson, J. A. Caton, R. P. Lucht, and T. Walther, Opt. Lett. 26, 1870 (2001).
    [CrossRef]
  8. T. N. Anderson, R. P. Lucht, R. Barron-Jimenez, S. F. Hanna, J. A. Caton, T. Walther, S. Roy, M. S. Brown, J. R. Gord, I. Critchley, and L. Flamand, Appl. Opt. 44, 1491 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. M. W. Renfro, S. D. Pack, G. B. King, and N. M. Laurendeau, Combust. Flame 115, 443 (1998).
    [CrossRef]
  10. S. F. Hanna, R. Barron-Jimenez, T. N. Anderson, R. P. Lucht, J. A. Caton, and T. Walther, Appl. Phys. B: Lasers Opt. 75, 113 (2002).
    [CrossRef]
  11. E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 37, 117 (1987).
    [CrossRef]
  12. E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 41, 29 (1989).
    [CrossRef]
  13. W. J. Kessler, M. G. Allen, and S. J. Davis, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 49, 107 (1993).
    [CrossRef]
  14. S. Roy, T. R. Meyer, R. P. Lucht, M. Afzelius, P. Bengtsson, and J. R. Gord, Opt. Lett. 29, 1843 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]

2005 (1)

2004 (1)

2003 (1)

G. Pesce, G. Rusciano, and A. Sasso, Chem. Phys. Lett. 374, 425 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

S. F. Hanna, R. Barron-Jimenez, T. N. Anderson, R. P. Lucht, J. A. Caton, and T. Walther, Appl. Phys. B: Lasers Opt. 75, 113 (2002).
[CrossRef]

2001 (2)

2000 (1)

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

1999 (2)

1998 (1)

M. W. Renfro, S. D. Pack, G. B. King, and N. M. Laurendeau, Combust. Flame 115, 443 (1998).
[CrossRef]

1995 (1)

1993 (1)

W. J. Kessler, M. G. Allen, and S. J. Davis, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 49, 107 (1993).
[CrossRef]

1989 (1)

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 41, 29 (1989).
[CrossRef]

1987 (1)

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 37, 117 (1987).
[CrossRef]

Afzelius, M.

Aizawa, T.

Allen, M. G.

B. L. Upschulte, D. M. Sonnenfroh, and M. G. Allen, Appl. Opt. 38, 1506 (1999).
[CrossRef]

W. J. Kessler, M. G. Allen, and S. J. Davis, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 49, 107 (1993).
[CrossRef]

Anderson, T. N.

Bakowski, B.

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

Barron-Jimenez, R.

Barry, H. R.

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

Bengtsson, P.

Brown, M. S.

Caton, J. A.

Chang, A. Y.

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 41, 29 (1989).
[CrossRef]

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 37, 117 (1987).
[CrossRef]

Corner, L.

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

Critchley, I.

Davis, S. J.

W. J. Kessler, M. G. Allen, and S. J. Davis, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 49, 107 (1993).
[CrossRef]

Flamand, L.

Freegarde, T.

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

Gord, J. R.

Hancock, G.

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

Hanna, S. F.

Hanson, R. K.

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 41, 29 (1989).
[CrossRef]

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 37, 117 (1987).
[CrossRef]

Hawkins, O. T.W.

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

Jacobs, R. M.J.

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

Kamimoto, T.

Kessler, W. J.

W. J. Kessler, M. G. Allen, and S. J. Davis, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 49, 107 (1993).
[CrossRef]

King, G. B.

M. W. Renfro, S. D. Pack, G. B. King, and N. M. Laurendeau, Combust. Flame 115, 443 (1998).
[CrossRef]

Laurendeau, N. M.

M. W. Renfro, S. D. Pack, G. B. King, and N. M. Laurendeau, Combust. Flame 115, 443 (1998).
[CrossRef]

Lucht, R. P.

Meyer, T. R.

Oh, D. B.

Pack, S. D.

M. W. Renfro, S. D. Pack, G. B. King, and N. M. Laurendeau, Combust. Flame 115, 443 (1998).
[CrossRef]

Pesce, G.

G. Pesce, G. Rusciano, and A. Sasso, Chem. Phys. Lett. 374, 425 (2003).
[CrossRef]

Peverall, R.

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

Ray, G. J.

Rea, E. C.

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 41, 29 (1989).
[CrossRef]

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 37, 117 (1987).
[CrossRef]

Renfro, M. W.

M. W. Renfro, S. D. Pack, G. B. King, and N. M. Laurendeau, Combust. Flame 115, 443 (1998).
[CrossRef]

Ritchie, G. A.D.

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

Roy, S.

Rusciano, G.

G. Pesce, G. Rusciano, and A. Sasso, Chem. Phys. Lett. 374, 425 (2003).
[CrossRef]

Sasso, A.

G. Pesce, G. Rusciano, and A. Sasso, Chem. Phys. Lett. 374, 425 (2003).
[CrossRef]

Sonnenfroh, D. M.

Tamaru, T.

Upschulte, B. L.

Walther, T.

Appl. Opt. (4)

Appl. Phys. B: Lasers Opt. (1)

S. F. Hanna, R. Barron-Jimenez, T. N. Anderson, R. P. Lucht, J. A. Caton, and T. Walther, Appl. Phys. B: Lasers Opt. 75, 113 (2002).
[CrossRef]

Chem. Phys. Lett. (2)

H. R. Barry, B. Bakowski, L. Corner, T. Freegarde, O. T.W. Hawkins, G. Hancock, R. M.J. Jacobs, R. Peverall, and G. A.D. Ritchie, Chem. Phys. Lett. 319, 125 (2000).
[CrossRef]

G. Pesce, G. Rusciano, and A. Sasso, Chem. Phys. Lett. 374, 425 (2003).
[CrossRef]

Combust. Flame (1)

M. W. Renfro, S. D. Pack, G. B. King, and N. M. Laurendeau, Combust. Flame 115, 443 (1998).
[CrossRef]

J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. (3)

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 37, 117 (1987).
[CrossRef]

E. C. Rea, A. Y. Chang, and R. K. Hanson, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 41, 29 (1989).
[CrossRef]

W. J. Kessler, M. G. Allen, and S. J. Davis, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 49, 107 (1993).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Optical layout for the OH sensor system: BBO, β-barium borate crystal; BD, beam dump; BS, beam splitter; FC, fiber collimator; FO, fiber-optic cable; HWP, half-wave plate; IF, interference filter; ISO, isolator; L, lens; P, polarizer; PD, photodiode.

Fig. 2
Fig. 2

Comparison of a 38-sweep average OH absorption spectrum acquired at 2 kHz in a C 2 H 4 –air flame and the best-fit theoretical absorption spectrum.

Fig. 3
Fig. 3

Single-sweep OH absorption spectrum acquired at 20 kHz in a C 2 H 4 –air flame. The theoretical spectrum is convolved with a Gaussian instrument function.

Fig. 4
Fig. 4

10-kHz time series of OH concentration and temperature assembled from four consecutive scans in a steady C 2 H 4 –air flame at Φ = 1.0 and a height of 15 mm.

Metrics