Abstract

Diode laser absorption measurements obtained with two-tone frequency-modulation spectroscopy (TTFMS) are combined with tomography to produce spatially resolved quantitative images of fluid flows. The high sensitivity, good accuracy, and high stability of TTFMS absorption measurements permit optical-absorption tomography to be performed with low noise on extremely weakly absorbing objects. The method is demonstrated on a small oxygen flow with a GaAlAs diode laser operating near 760 nm and with an absorption sensitivity of 1:106.

© 1994 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.
  2. R. K. Hanson, in Proceedings of the Twenty-First Symposium (International) on Combustion (Combustion Institute, Pittsburgh, Pa., 1986), p. 1677.
  3. K. E. Bennett, G. W. Faris, R. L. Byer, Appl. Opt. 23, 2678 (1984).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. R. J. Santoro, H. G. Semerjian, P. J. Emmerman, R. Goulard, Int. J. Heat Mass Transfer 24, 1139 (1981).
    [CrossRef]
  5. G. W. Faris, R. L. Byer, Opt. Lett. 11, 413 (1986).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. H. M. Hertz, Opt. Commun. 54, 131 (1985);G. W. Faris, H. M. Hertz, Appl. Opt. 28, 4662 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. G. W. Faris, R. L. Byer, Opt. Lett. 12, 72 (1987).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. H. M. Hertz, G. W. Faris, Opt. Lett. 13, 351 (1988).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. J. A. Silver, Appl. Opt. 31, 707 (1992).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. L. Wang, H. Riris, C. B. Carlisle, T. F. Gallagher, Appl. Opt. 27, 2071 (1988).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. G. R. Janik, C. B. Carlisle, T. F. Gallagher, J. Opt. Soc. Am. B 3, 1070 (1986);D. E. Cooper, R. E. Warren, J. Opt. Soc. Am. B 4, 470 (1987).
    [CrossRef]
  12. C. B. Carlisle, D. E. Cooper, Appl. Opt. 28, 2567 (1989);P. Werle, F. Slemr, M. Gehrtz, C. Bräuchle, Appl. Phys. B 49, 99 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. P. Kauranen, I. Harwigsson, B. Jönsson, J. Phys. Chem. 98, 1411 (1994).
    [CrossRef]
  14. C. B. Carlisle, D. E. Cooper, Opt. Lett. 14, 1306 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. K. J. Ritter, T. D. Wilkerson, J. Mol. Spectrosc. 121, 1 (1987).
    [CrossRef]
  16. M. Kroll, J. A. McClintoc, O. Ollinger, Appl. Phys. Lett. 51, 1465 (1987).
    [CrossRef]
  17. P. Kauranen, V. Avetisov, Opt. Commun. 106, 213 (1994).
    [CrossRef]
  18. H. M. Hertz, Appl. Opt. 25, 914 (1986).
    [CrossRef] [PubMed]

1994 (2)

P. Kauranen, I. Harwigsson, B. Jönsson, J. Phys. Chem. 98, 1411 (1994).
[CrossRef]

P. Kauranen, V. Avetisov, Opt. Commun. 106, 213 (1994).
[CrossRef]

1992 (1)

1989 (2)

1988 (2)

1987 (3)

G. W. Faris, R. L. Byer, Opt. Lett. 12, 72 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

K. J. Ritter, T. D. Wilkerson, J. Mol. Spectrosc. 121, 1 (1987).
[CrossRef]

M. Kroll, J. A. McClintoc, O. Ollinger, Appl. Phys. Lett. 51, 1465 (1987).
[CrossRef]

1986 (3)

1985 (1)

H. M. Hertz, Opt. Commun. 54, 131 (1985);G. W. Faris, H. M. Hertz, Appl. Opt. 28, 4662 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

1984 (1)

1981 (1)

R. J. Santoro, H. G. Semerjian, P. J. Emmerman, R. Goulard, Int. J. Heat Mass Transfer 24, 1139 (1981).
[CrossRef]

Aldén, M.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Avetisov, V.

P. Kauranen, V. Avetisov, Opt. Commun. 106, 213 (1994).
[CrossRef]

Bennett, K. E.

Byer, R. L.

Carlisle, C. B.

Cooper, D. E.

Edner, H.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Emmerman, P. J.

R. J. Santoro, H. G. Semerjian, P. J. Emmerman, R. Goulard, Int. J. Heat Mass Transfer 24, 1139 (1981).
[CrossRef]

Faris, G. W.

Gallagher, T. F.

Goulard, R.

R. J. Santoro, H. G. Semerjian, P. J. Emmerman, R. Goulard, Int. J. Heat Mass Transfer 24, 1139 (1981).
[CrossRef]

Grafström, P.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Hanson, R. K.

R. K. Hanson, in Proceedings of the Twenty-First Symposium (International) on Combustion (Combustion Institute, Pittsburgh, Pa., 1986), p. 1677.

Harwigsson, I.

P. Kauranen, I. Harwigsson, B. Jönsson, J. Phys. Chem. 98, 1411 (1994).
[CrossRef]

Hertz, H. M.

H. M. Hertz, G. W. Faris, Opt. Lett. 13, 351 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

H. M. Hertz, Appl. Opt. 25, 914 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

H. M. Hertz, Opt. Commun. 54, 131 (1985);G. W. Faris, H. M. Hertz, Appl. Opt. 28, 4662 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Högberg, T.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Holmstedt, G.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Janik, G. R.

Jönsson, B.

P. Kauranen, I. Harwigsson, B. Jönsson, J. Phys. Chem. 98, 1411 (1994).
[CrossRef]

Kauranen, P.

P. Kauranen, I. Harwigsson, B. Jönsson, J. Phys. Chem. 98, 1411 (1994).
[CrossRef]

P. Kauranen, V. Avetisov, Opt. Commun. 106, 213 (1994).
[CrossRef]

Kroll, M.

M. Kroll, J. A. McClintoc, O. Ollinger, Appl. Phys. Lett. 51, 1465 (1987).
[CrossRef]

Lundberg, H.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

McClintoc, J. A.

M. Kroll, J. A. McClintoc, O. Ollinger, Appl. Phys. Lett. 51, 1465 (1987).
[CrossRef]

Ollinger, O.

M. Kroll, J. A. McClintoc, O. Ollinger, Appl. Phys. Lett. 51, 1465 (1987).
[CrossRef]

Riris, H.

Ritter, K. J.

K. J. Ritter, T. D. Wilkerson, J. Mol. Spectrosc. 121, 1 (1987).
[CrossRef]

Santoro, R. J.

R. J. Santoro, H. G. Semerjian, P. J. Emmerman, R. Goulard, Int. J. Heat Mass Transfer 24, 1139 (1981).
[CrossRef]

Semerjian, H. G.

R. J. Santoro, H. G. Semerjian, P. J. Emmerman, R. Goulard, Int. J. Heat Mass Transfer 24, 1139 (1981).
[CrossRef]

Silver, J. A.

Svanberg, S.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Wallin, S.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Wang, L.

Wendt, W.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Westblom, U.

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

Wilkerson, T. D.

K. J. Ritter, T. D. Wilkerson, J. Mol. Spectrosc. 121, 1 (1987).
[CrossRef]

Appl. Opt. (5)

Appl. Phys. Lett. (1)

M. Kroll, J. A. McClintoc, O. Ollinger, Appl. Phys. Lett. 51, 1465 (1987).
[CrossRef]

Int. J. Heat Mass Transfer (1)

R. J. Santoro, H. G. Semerjian, P. J. Emmerman, R. Goulard, Int. J. Heat Mass Transfer 24, 1139 (1981).
[CrossRef]

J. Mol. Spectrosc. (1)

K. J. Ritter, T. D. Wilkerson, J. Mol. Spectrosc. 121, 1 (1987).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

J. Phys. Chem. (1)

P. Kauranen, I. Harwigsson, B. Jönsson, J. Phys. Chem. 98, 1411 (1994).
[CrossRef]

Opt. Commun. (2)

P. Kauranen, V. Avetisov, Opt. Commun. 106, 213 (1994).
[CrossRef]

H. M. Hertz, Opt. Commun. 54, 131 (1985);G. W. Faris, H. M. Hertz, Appl. Opt. 28, 4662 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett. (4)

Other (2)

M. Aldén, H. Edner, P. Grafström, H. M. Hertz, G. Holmstedt, T. Högberg, H. Lundberg, S. Svanberg, S. Wallin, W. Wendt, U. Westblom, in Lasers 84, K. M. Corcoran, D. M. Sullivan, W. C. Stwalley, eds. (STS, McLean, Va., 1985), p. 209.

R. K. Hanson, in Proceedings of the Twenty-First Symposium (International) on Combustion (Combustion Institute, Pittsburgh, Pa., 1986), p. 1677.

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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic diagram of the experimental arrangement.

Fig. 2.
Fig. 2.

TTFMS signal (peak-to-peak value) as a function of O2 partial pressure. The inset shows the TTFMS signal.

Fig. 3.
Fig. 3.

Tomographic reconstruction of the concentration of O2 in an expanding flow 3.2 mm above a rectangular (4 mm × 18 mm) nozzle.

Metrics