Abstract

Spectroscopic detection of ethane in the 3-µm wavelength region was performed by means of a cw optical parametric oscillator and cavity leak-out. We achieved a minimum detectable absorption coefficient of 1.6×10-10 cm-1/Hz, corresponding to an ethane detection limit of 6 parts per trillion /Hz. For 3-min integration time the detection limit was 0.5 parts per trillion. The levels are to our knowledge the best demonstrated so far. These frequency-tuning capabilities facilitated multigas analysis with simultaneous monitoring of ethane, methane, and water vapor in human breath.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. M. J. W. van Herpen, S. C. Li, S. E. Bisson, and F. J. M. Harren, Appl. Phys. Lett. 81, 1157 (2002).
    [CrossRef]
  2. F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
    [CrossRef]
  3. H. Ganser, W. Urban, and A. M. Brown, Mol. Phys. 101, 545 (2003).
    [CrossRef]
  4. J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).
  5. B. A. Paldus, C. C. Harb, T. G. Spence, R. N. Zare, C. Gmachl, F. Capasso, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho, Opt. Lett. 25, 666 (2000).
    [CrossRef]
  6. G. von Basum, H. Dahnke, D. Halmer, P. Hering, and M. Mürtz, J. Appl. Physiol. 95, 2583 (2003).
  7. D. Richter, A. Fried, B. P. Wert, J. G. Walega, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 75, 281 (2002).
    [CrossRef]
  8. A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
    [CrossRef]
  9. G. A. Turnbull, D. McGloin, I. D. Lindsay, M. Ebrahimzadeh, and M. H. Dunn, Opt. Lett. 25, 341 (2000).
    [CrossRef]
  10. D. Kleine, H. Dahnke, W. Urban, P. Hering, and M. Mürtz, Opt. Lett. 25, 1606 (2000).
    [CrossRef]
  11. F. Müller, A. Popp, F. Kühnemann, and S. Schiller, Opt. Express 11, 2820 (2003), http://www.opticsexpress.org.
    [CrossRef]
  12. K. Schneider, P. Kramper, S. Schiller, and J. Mlynek, Opt. Lett. 22, 1293 (1997).
    [CrossRef]
  13. L. E. Myers, R. C. Eckardt, M. M. Fejer, R. L. Byer, and W. R. Bosenberg, Opt. Lett. 21, 591 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. Hitran2000 spectral database, http://www.hitran.com.

2003

H. Ganser, W. Urban, and A. M. Brown, Mol. Phys. 101, 545 (2003).
[CrossRef]

G. von Basum, H. Dahnke, D. Halmer, P. Hering, and M. Mürtz, J. Appl. Physiol. 95, 2583 (2003).

F. Müller, A. Popp, F. Kühnemann, and S. Schiller, Opt. Express 11, 2820 (2003), http://www.opticsexpress.org.
[CrossRef]

2002

D. Richter, A. Fried, B. P. Wert, J. G. Walega, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 75, 281 (2002).
[CrossRef]

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

M. M. J. W. van Herpen, S. C. Li, S. E. Bisson, and F. J. M. Harren, Appl. Phys. Lett. 81, 1157 (2002).
[CrossRef]

2000

1998

F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
[CrossRef]

1997

1996

1995

J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).

Baillargeon, J. N.

Bisson, S. E.

M. M. J. W. van Herpen, S. C. Li, S. E. Bisson, and F. J. M. Harren, Appl. Phys. Lett. 81, 1157 (2002).
[CrossRef]

Bosenberg, W. R.

Brown, A. M.

H. Ganser, W. Urban, and A. M. Brown, Mol. Phys. 101, 545 (2003).
[CrossRef]

Byer, R. L.

Capasso, F.

Cho, A. Y.

Collier, C. P.

J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).

Dahnke, H.

G. von Basum, H. Dahnke, D. Halmer, P. Hering, and M. Mürtz, J. Appl. Physiol. 95, 2583 (2003).

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

D. Kleine, H. Dahnke, W. Urban, P. Hering, and M. Mürtz, Opt. Lett. 25, 1606 (2000).
[CrossRef]

Dunn, M. H.

Ebrahimzadeh, M.

Eckardt, R. C.

Fejer, M. M.

Fried, A.

D. Richter, A. Fried, B. P. Wert, J. G. Walega, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 75, 281 (2002).
[CrossRef]

Ganser, H.

H. Ganser, W. Urban, and A. M. Brown, Mol. Phys. 101, 545 (2003).
[CrossRef]

Gmachl, C.

Halmer, D.

G. von Basum, H. Dahnke, D. Halmer, P. Hering, and M. Mürtz, J. Appl. Physiol. 95, 2583 (2003).

Harb, C. C.

Harren, F. J. M.

M. M. J. W. van Herpen, S. C. Li, S. E. Bisson, and F. J. M. Harren, Appl. Phys. Lett. 81, 1157 (2002).
[CrossRef]

Hecker, A.

F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
[CrossRef]

Hering, P.

G. von Basum, H. Dahnke, D. Halmer, P. Hering, and M. Mürtz, J. Appl. Physiol. 95, 2583 (2003).

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

D. Kleine, H. Dahnke, W. Urban, P. Hering, and M. Mürtz, Opt. Lett. 25, 1606 (2000).
[CrossRef]

Hutchinson, A. L.

Kleine, D.

Kramper, P.

Kühnemann, F.

F. Müller, A. Popp, F. Kühnemann, and S. Schiller, Opt. Express 11, 2820 (2003), http://www.opticsexpress.org.
[CrossRef]

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
[CrossRef]

Li, S. C.

M. M. J. W. van Herpen, S. C. Li, S. E. Bisson, and F. J. M. Harren, Appl. Phys. Lett. 81, 1157 (2002).
[CrossRef]

Lindsay, I. D.

Martis, A. A. E.

F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
[CrossRef]

McGloin, D.

Mlynek, J.

F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
[CrossRef]

K. Schneider, P. Kramper, S. Schiller, and J. Mlynek, Opt. Lett. 22, 1293 (1997).
[CrossRef]

Müller, F.

F. Müller, A. Popp, F. Kühnemann, and S. Schiller, Opt. Express 11, 2820 (2003), http://www.opticsexpress.org.
[CrossRef]

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

Mürtz, M.

G. von Basum, H. Dahnke, D. Halmer, P. Hering, and M. Mürtz, J. Appl. Physiol. 95, 2583 (2003).

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

D. Kleine, H. Dahnke, W. Urban, P. Hering, and M. Mürtz, Opt. Lett. 25, 1606 (2000).
[CrossRef]

Myers, L. E.

O'Keefe, A.

J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).

Paldus, B. A.

Paul, J. B.

J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).

Popp, A.

F. Müller, A. Popp, F. Kühnemann, and S. Schiller, Opt. Express 11, 2820 (2003), http://www.opticsexpress.org.
[CrossRef]

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

Rakestraw, D. J.

J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).

Richter, D.

D. Richter, A. Fried, B. P. Wert, J. G. Walega, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 75, 281 (2002).
[CrossRef]

Saykally, R. J.

J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).

Scherer, J. J.

J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).

Schiller, S.

F. Müller, A. Popp, F. Kühnemann, and S. Schiller, Opt. Express 11, 2820 (2003), http://www.opticsexpress.org.
[CrossRef]

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
[CrossRef]

K. Schneider, P. Kramper, S. Schiller, and J. Mlynek, Opt. Lett. 22, 1293 (1997).
[CrossRef]

Schneider, K.

F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
[CrossRef]

K. Schneider, P. Kramper, S. Schiller, and J. Mlynek, Opt. Lett. 22, 1293 (1997).
[CrossRef]

Sivco, D. L.

Spence, T. G.

Tittel, F. K.

D. Richter, A. Fried, B. P. Wert, J. G. Walega, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 75, 281 (2002).
[CrossRef]

Turnbull, G. A.

Urban, W.

H. Ganser, W. Urban, and A. M. Brown, Mol. Phys. 101, 545 (2003).
[CrossRef]

D. Kleine, H. Dahnke, W. Urban, P. Hering, and M. Mürtz, Opt. Lett. 25, 1606 (2000).
[CrossRef]

F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
[CrossRef]

van Herpen, M. M. J. W.

M. M. J. W. van Herpen, S. C. Li, S. E. Bisson, and F. J. M. Harren, Appl. Phys. Lett. 81, 1157 (2002).
[CrossRef]

Voelkel, D.

J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).

von Basum, G.

G. von Basum, H. Dahnke, D. Halmer, P. Hering, and M. Mürtz, J. Appl. Physiol. 95, 2583 (2003).

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

Walega, J. G.

D. Richter, A. Fried, B. P. Wert, J. G. Walega, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 75, 281 (2002).
[CrossRef]

Wert, B. P.

D. Richter, A. Fried, B. P. Wert, J. G. Walega, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 75, 281 (2002).
[CrossRef]

Zare, R. N.

Appl. Phys. B

F. Kühnemann, K. Schneider, A. Hecker, A. A. E. Martis, W. Urban, S. Schiller, and J. Mlynek, Appl. Phys. B 66, 741 (1998).
[CrossRef]

D. Richter, A. Fried, B. P. Wert, J. G. Walega, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 75, 281 (2002).
[CrossRef]

A. Popp, F. Müller, F. Kühnemann, S. Schiller, G. von Basum, H. Dahnke, P. Hering, and M. Mürtz, Appl. Phys. B 75, 751 (2002).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

M. M. J. W. van Herpen, S. C. Li, S. E. Bisson, and F. J. M. Harren, Appl. Phys. Lett. 81, 1157 (2002).
[CrossRef]

Chem. Phys. Lett.

J. J. Scherer, D. Voelkel, D. J. Rakestraw, J. B. Paul, C. P. Collier, R. J. Saykally, and A. O'Keefe, Chem. Phys. Lett. 245, 273 (1995).

J. Appl. Physiol.

G. von Basum, H. Dahnke, D. Halmer, P. Hering, and M. Mürtz, J. Appl. Physiol. 95, 2583 (2003).

Mol. Phys.

H. Ganser, W. Urban, and A. M. Brown, Mol. Phys. 101, 545 (2003).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Other

Hitran2000 spectral database, http://www.hitran.com.

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 of the experimental setup: Ls, lenses, PDs, photodetectors; other abbreviations defined in text.

Fig. 2
Fig. 2

A, measured spectrum of 21.5-ppb ethane in N2 at a pressure of 100 hPa. B, Background noise of the OPO CALOS setup, revealing a noise equivalent absorption of 1σm=1.6×10-10 cm-1/Hz. C, Measured absorption versus ethane concentration. The noise-equivalent ethane concentration is 6 ppt/Hz. The line is a linear fit.

Fig. 3
Fig. 3

A, CALOS spectrum obtained from a breath sample and calculated spectrum; B, residuals between data and fit.

Metrics