Abstract

Photoacoustic spectra of ammonia and water vapor were recorded by use of a continuous-wave quantum-cascade distributed-feedback (QC-DFB) laser at 8.5 μm with a 16-mW power output. The gases were flowed through a cell that was resonant at 1.6  kHz, and the QC-DFB source was temperature tuned over 35  nm for generation of spectra or was temperature stabilized on an absorption feature peak to permit real-time concentration measurements. A detection limit of 100 parts in 109 by volume ammonia at standard temperature and pressure was obtained for a 1-Hz bandwidth in a measurement time of 10  min.

© 1999 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Sigrist, Air Monitoring by Spectroscopic Techniques (Wiley, New York, 1994), pp. 163–227.
  2. F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
    [CrossRef]
  3. S. W. Sharpe, J. F. Kelly, J. S. Hartman, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 1396 (1998).
    [CrossRef]
  4. C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
    [CrossRef]
  5. J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
    [CrossRef]
  6. C. Gmachl, F. Capasso, A. Tredicucci, D. L. Sivco, A. Hutchinson, and A. Cho, Electron. Lett. 34, 1103 (1998).
    [CrossRef]
  7. K. Namjou, S. Cai, E. A. Whittaker, J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 219 (1998).
    [CrossRef]
  8. F. G. C. Bijnen, J. Reuss, and F. J. M. Harren, Rev. Sci. Instrum. 67, 2914 (1996).
    [CrossRef]
  9. http://www.hitran.com .
  10. F. J. M. Harren, F. G. C. Bijnen, J. Reuss, L. A. C. J. Voesenek, and C. N. P. M. Blom, Appl. Phys. B 50, 137 (1990).
    [CrossRef]

1998

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
[CrossRef]

C. Gmachl, F. Capasso, A. Tredicucci, D. L. Sivco, A. Hutchinson, and A. Cho, Electron. Lett. 34, 1103 (1998).
[CrossRef]

K. Namjou, S. Cai, E. A. Whittaker, J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 219 (1998).
[CrossRef]

S. W. Sharpe, J. F. Kelly, J. S. Hartman, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 1396 (1998).
[CrossRef]

1997

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

1996

F. G. C. Bijnen, J. Reuss, and F. J. M. Harren, Rev. Sci. Instrum. 67, 2914 (1996).
[CrossRef]

1990

F. J. M. Harren, F. G. C. Bijnen, J. Reuss, L. A. C. J. Voesenek, and C. N. P. M. Blom, Appl. Phys. B 50, 137 (1990).
[CrossRef]

Baillargeon, J.

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

Baillargeon, J. N.

Beck, M.

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
[CrossRef]

Bijnen, F. G. C.

F. G. C. Bijnen, J. Reuss, and F. J. M. Harren, Rev. Sci. Instrum. 67, 2914 (1996).
[CrossRef]

F. J. M. Harren, F. G. C. Bijnen, J. Reuss, L. A. C. J. Voesenek, and C. N. P. M. Blom, Appl. Phys. B 50, 137 (1990).
[CrossRef]

Blom, C. N. P. M.

F. J. M. Harren, F. G. C. Bijnen, J. Reuss, L. A. C. J. Voesenek, and C. N. P. M. Blom, Appl. Phys. B 50, 137 (1990).
[CrossRef]

Cai, S.

Capasso, F.

K. Namjou, S. Cai, E. A. Whittaker, J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 219 (1998).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
[CrossRef]

S. W. Sharpe, J. F. Kelly, J. S. Hartman, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 1396 (1998).
[CrossRef]

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

C. Gmachl, F. Capasso, A. Tredicucci, D. L. Sivco, A. Hutchinson, and A. Cho, Electron. Lett. 34, 1103 (1998).
[CrossRef]

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

Cho, A.

C. Gmachl, F. Capasso, A. Tredicucci, D. L. Sivco, A. Hutchinson, and A. Cho, Electron. Lett. 34, 1103 (1998).
[CrossRef]

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

Cho, A. Y.

S. W. Sharpe, J. F. Kelly, J. S. Hartman, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 1396 (1998).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
[CrossRef]

K. Namjou, S. Cai, E. A. Whittaker, J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 219 (1998).
[CrossRef]

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

Chu, S.

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

Chu, S. N. G.

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
[CrossRef]

Faist, J.

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
[CrossRef]

K. Namjou, S. Cai, E. A. Whittaker, J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 219 (1998).
[CrossRef]

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

Gmachl, C.

C. Gmachl, F. Capasso, A. Tredicucci, D. L. Sivco, A. Hutchinson, and A. Cho, Electron. Lett. 34, 1103 (1998).
[CrossRef]

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

K. Namjou, S. Cai, E. A. Whittaker, J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 219 (1998).
[CrossRef]

S. W. Sharpe, J. F. Kelly, J. S. Hartman, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 1396 (1998).
[CrossRef]

Harren, F. J. M.

F. G. C. Bijnen, J. Reuss, and F. J. M. Harren, Rev. Sci. Instrum. 67, 2914 (1996).
[CrossRef]

F. J. M. Harren, F. G. C. Bijnen, J. Reuss, L. A. C. J. Voesenek, and C. N. P. M. Blom, Appl. Phys. B 50, 137 (1990).
[CrossRef]

Hartman, J. S.

Hutchinson, A.

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

C. Gmachl, F. Capasso, A. Tredicucci, D. L. Sivco, A. Hutchinson, and A. Cho, Electron. Lett. 34, 1103 (1998).
[CrossRef]

Hutchinson, A. L.

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
[CrossRef]

Kelly, J. F.

Namjou, K.

Reuss, J.

F. G. C. Bijnen, J. Reuss, and F. J. M. Harren, Rev. Sci. Instrum. 67, 2914 (1996).
[CrossRef]

F. J. M. Harren, F. G. C. Bijnen, J. Reuss, L. A. C. J. Voesenek, and C. N. P. M. Blom, Appl. Phys. B 50, 137 (1990).
[CrossRef]

Sharpe, S. W.

Sigrist, M.

M. Sigrist, Air Monitoring by Spectroscopic Techniques (Wiley, New York, 1994), pp. 163–227.

Sirtori, C.

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

Sivco, D.

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

Sivco, D. L.

S. W. Sharpe, J. F. Kelly, J. S. Hartman, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 1396 (1998).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
[CrossRef]

K. Namjou, S. Cai, E. A. Whittaker, J. Faist, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 23, 219 (1998).
[CrossRef]

C. Gmachl, F. Capasso, A. Tredicucci, D. L. Sivco, A. Hutchinson, and A. Cho, Electron. Lett. 34, 1103 (1998).
[CrossRef]

Tredicucci, A.

C. Gmachl, F. Capasso, A. Tredicucci, D. L. Sivco, A. Hutchinson, and A. Cho, Electron. Lett. 34, 1103 (1998).
[CrossRef]

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

Voesenek, L. A. C. J.

F. J. M. Harren, F. G. C. Bijnen, J. Reuss, L. A. C. J. Voesenek, and C. N. P. M. Blom, Appl. Phys. B 50, 137 (1990).
[CrossRef]

Whittaker, E. A.

Appl. Phys. B

F. J. M. Harren, F. G. C. Bijnen, J. Reuss, L. A. C. J. Voesenek, and C. N. P. M. Blom, Appl. Phys. B 50, 137 (1990).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

C. Gmachl, F. Capasso, J. Faist, A. Hutchinson, A. Tredicucci, D. Sivco, J. Baillargeon, S. Chu, and A. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 1430 (1998).
[CrossRef]

J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, A. L. Hutchinson, M. Beck, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 72, 680 (1998).
[CrossRef]

Electron. Lett.

C. Gmachl, F. Capasso, A. Tredicucci, D. L. Sivco, A. Hutchinson, and A. Cho, Electron. Lett. 34, 1103 (1998).
[CrossRef]

Opt. Lett.

Rev. Sci. Instrum.

F. G. C. Bijnen, J. Reuss, and F. J. M. Harren, Rev. Sci. Instrum. 67, 2914 (1996).
[CrossRef]

Solid State Commun.

F. Capasso, J. Faist, C. Sirtori, and A. Y. Cho, Solid State Commun. 102, 231 (1997).
[CrossRef]

Other

http://www.hitran.com .

M. Sigrist, Air Monitoring by Spectroscopic Techniques (Wiley, New York, 1994), pp. 163–227.

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

Block diagram of the photoacoustic apparatus.

Fig. 2
Fig. 2

Photoacoustic spectra of NH3 and H2O diluted with nitrogen at STP: (a) slow (0.5-nm/min) and fast (5-nm/min) temperature tuning spectra compared with hitran96 simulations (50-ppm ammonia mixture), (b) slow-scan spectra corresponding to various mixture dilutions. All lines are pressure broadened to several gigahertz.

Fig. 3
Fig. 3

Signal-to-noise ratio of NH3 peak absorption for averaged fast scans (5  nm/min). The inset shows integrated intensity versus concentration (units differ for hitran96 simulations and PAS owing to nonabsolute concentration calibration).

Fig. 4
Fig. 4

Real-time NH3 concentration monitoring by use of the 8.498μm peak absorbance for a 100-ppm NH3N2 mixture injected into a N2 stream. The mixture bolus injection time is indicated for each cycle. The cell was operated at STP (2-L/h flow rate). The gas mixture was interrupted with a mechanical valve.

Metrics