Abstract

Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy (QEPAS) based on double acoustic microresonators (AmRs) is developed and experimentally investigated. The double AmR spectrophone configuration exhibits a strong acoustic coupling between the AmR and the quartz tuning fork, which results in a 5ms fast response time. Moreover, the double AmRs provide two independent detection channels that allow optical signal addition or cancellation from different optical wavelengths and facilitate rapid multigas sensing measurements, thereby avoiding laser beam combination.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Miklós, P. Hess, and Z. Bozóki, Rev. Sci. Instrum. 72, 1937 (2001).
    [CrossRef]
  2. J. P. Besson, S. Schilt, and L. Thévenaz, Spectrochim. Acta A 63, 899 (2006).
  3. Q. Y. Lu, Y. Bai, N. Bandyopadhyay, S. Slivken, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 97, 231119 (2010).
    [CrossRef]
  4. Y. Ma, R. Lewicki, M. Razeghi, and F. K. Tittel, Opt. Express 21, 1008 (2013).
    [CrossRef]
  5. M. E. Webber, M. Pushkarsky, and C. K. N. Patel, Appl. Opt. 42, 2119 (2003).
    [CrossRef]
  6. A. A. Kosterev, Y. A. Bakhirkin, R. F. Curl, and F. K. Tittel, Opt. Lett. 27, 1902 (2002).
    [CrossRef]
  7. M. Köhring, S. Böttger, U. Willer, and W. Schade, Opt. Express 21, 20911 (2013).
    [CrossRef]
  8. K. Liu, X. Guo, H. Yi, W. Chen, W. Zhang, and X. Gao, Opt. Lett. 34, 1594 (2009).
    [CrossRef]
  9. A. A. Kosterev and F. K. Tittel, Appl. Opt. 43, 6213 (2004).
    [CrossRef]
  10. V. Spagnolo, L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, J. H. Doty, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 103, 735 (2011).
    [CrossRef]
  11. L. Dong, J. Wright, B. Peters, B. A. Ferguson, F. K. Tittel, and S. McWhorter, Appl. Phys. B 107, 459 (2012).
    [CrossRef]
  12. A. A. Kosterev, L. Dong, D. Thomazy, F. K. Tittel, and S. Overby, Appl. Phys. B 101, 649 (2010).
    [CrossRef]
  13. V. Spagnolo, P. Patimisco, S. Borri, G. Scamarcio, B. E. Bernacki, and J. Kriesel, Opt. Lett. 37, 4461 (2012).
    [CrossRef]
  14. A. A. Kosterev, P. R. Buerki, L. Dong, M. Reed, T. Day, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 173 (2010).
    [CrossRef]
  15. L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 627 (2010).
    [CrossRef]
  16. K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
    [CrossRef]
  17. H. Yi, W. Chen, S. Sun, K. Liu, T. Tan, and X. Gao, Opt. Express 20, 9187 (2012).
    [CrossRef]
  18. N. Petra, J. Zweck, A. A. Kosterev, S. E. Minkoff, and D. Thomazy, Appl. Phys. B 94, 673 (2009).
    [CrossRef]
  19. L. Dong, V. Spagnolo, R. Lewicki, and F. K. Tittel, Opt. Express 19, 24037 (2011).
    [CrossRef]

2013 (2)

2012 (3)

2011 (2)

V. Spagnolo, L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, J. H. Doty, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 103, 735 (2011).
[CrossRef]

L. Dong, V. Spagnolo, R. Lewicki, and F. K. Tittel, Opt. Express 19, 24037 (2011).
[CrossRef]

2010 (5)

Q. Y. Lu, Y. Bai, N. Bandyopadhyay, S. Slivken, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 97, 231119 (2010).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, L. Dong, D. Thomazy, F. K. Tittel, and S. Overby, Appl. Phys. B 101, 649 (2010).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, P. R. Buerki, L. Dong, M. Reed, T. Day, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 173 (2010).
[CrossRef]

L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 627 (2010).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

2009 (2)

N. Petra, J. Zweck, A. A. Kosterev, S. E. Minkoff, and D. Thomazy, Appl. Phys. B 94, 673 (2009).
[CrossRef]

K. Liu, X. Guo, H. Yi, W. Chen, W. Zhang, and X. Gao, Opt. Lett. 34, 1594 (2009).
[CrossRef]

2006 (1)

J. P. Besson, S. Schilt, and L. Thévenaz, Spectrochim. Acta A 63, 899 (2006).

2004 (1)

2003 (1)

2002 (1)

2001 (1)

A. Miklós, P. Hess, and Z. Bozóki, Rev. Sci. Instrum. 72, 1937 (2001).
[CrossRef]

Bai, Y.

Q. Y. Lu, Y. Bai, N. Bandyopadhyay, S. Slivken, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 97, 231119 (2010).
[CrossRef]

Bakhirkin, Y. A.

Bandyopadhyay, N.

Q. Y. Lu, Y. Bai, N. Bandyopadhyay, S. Slivken, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 97, 231119 (2010).
[CrossRef]

Bernacki, B. E.

Besson, J. P.

J. P. Besson, S. Schilt, and L. Thévenaz, Spectrochim. Acta A 63, 899 (2006).

Borri, S.

Böttger, S.

Bozóki, Z.

A. Miklós, P. Hess, and Z. Bozóki, Rev. Sci. Instrum. 72, 1937 (2001).
[CrossRef]

Buerki, P. R.

A. A. Kosterev, P. R. Buerki, L. Dong, M. Reed, T. Day, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 173 (2010).
[CrossRef]

Chen, W.

H. Yi, W. Chen, S. Sun, K. Liu, T. Tan, and X. Gao, Opt. Express 20, 9187 (2012).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

K. Liu, X. Guo, H. Yi, W. Chen, W. Zhang, and X. Gao, Opt. Lett. 34, 1594 (2009).
[CrossRef]

Curl, R. F.

Day, T.

A. A. Kosterev, P. R. Buerki, L. Dong, M. Reed, T. Day, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 173 (2010).
[CrossRef]

Dong, L.

L. Dong, J. Wright, B. Peters, B. A. Ferguson, F. K. Tittel, and S. McWhorter, Appl. Phys. B 107, 459 (2012).
[CrossRef]

V. Spagnolo, L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, J. H. Doty, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 103, 735 (2011).
[CrossRef]

L. Dong, V. Spagnolo, R. Lewicki, and F. K. Tittel, Opt. Express 19, 24037 (2011).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, L. Dong, D. Thomazy, F. K. Tittel, and S. Overby, Appl. Phys. B 101, 649 (2010).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, P. R. Buerki, L. Dong, M. Reed, T. Day, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 173 (2010).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 627 (2010).
[CrossRef]

Doty, J. H.

V. Spagnolo, L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, J. H. Doty, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 103, 735 (2011).
[CrossRef]

Ferguson, B. A.

L. Dong, J. Wright, B. Peters, B. A. Ferguson, F. K. Tittel, and S. McWhorter, Appl. Phys. B 107, 459 (2012).
[CrossRef]

Gao, X.

H. Yi, W. Chen, S. Sun, K. Liu, T. Tan, and X. Gao, Opt. Express 20, 9187 (2012).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

K. Liu, X. Guo, H. Yi, W. Chen, W. Zhang, and X. Gao, Opt. Lett. 34, 1594 (2009).
[CrossRef]

Guo, X.

Hess, P.

A. Miklós, P. Hess, and Z. Bozóki, Rev. Sci. Instrum. 72, 1937 (2001).
[CrossRef]

Köhring, M.

Kosterev, A. A.

V. Spagnolo, L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, J. H. Doty, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 103, 735 (2011).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, L. Dong, D. Thomazy, F. K. Tittel, and S. Overby, Appl. Phys. B 101, 649 (2010).
[CrossRef]

L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 627 (2010).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, P. R. Buerki, L. Dong, M. Reed, T. Day, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 173 (2010).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

N. Petra, J. Zweck, A. A. Kosterev, S. E. Minkoff, and D. Thomazy, Appl. Phys. B 94, 673 (2009).
[CrossRef]

A. A. Kosterev and F. K. Tittel, Appl. Opt. 43, 6213 (2004).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, Y. A. Bakhirkin, R. F. Curl, and F. K. Tittel, Opt. Lett. 27, 1902 (2002).
[CrossRef]

Kriesel, J.

Lewicki, R.

Liu, K.

H. Yi, W. Chen, S. Sun, K. Liu, T. Tan, and X. Gao, Opt. Express 20, 9187 (2012).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

K. Liu, X. Guo, H. Yi, W. Chen, W. Zhang, and X. Gao, Opt. Lett. 34, 1594 (2009).
[CrossRef]

Lu, Q. Y.

Q. Y. Lu, Y. Bai, N. Bandyopadhyay, S. Slivken, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 97, 231119 (2010).
[CrossRef]

Ma, Y.

McWhorter, S.

L. Dong, J. Wright, B. Peters, B. A. Ferguson, F. K. Tittel, and S. McWhorter, Appl. Phys. B 107, 459 (2012).
[CrossRef]

Miklós, A.

A. Miklós, P. Hess, and Z. Bozóki, Rev. Sci. Instrum. 72, 1937 (2001).
[CrossRef]

Minkoff, S. E.

N. Petra, J. Zweck, A. A. Kosterev, S. E. Minkoff, and D. Thomazy, Appl. Phys. B 94, 673 (2009).
[CrossRef]

Overby, S.

A. A. Kosterev, L. Dong, D. Thomazy, F. K. Tittel, and S. Overby, Appl. Phys. B 101, 649 (2010).
[CrossRef]

Patel, C. K. N.

Patimisco, P.

Peters, B.

L. Dong, J. Wright, B. Peters, B. A. Ferguson, F. K. Tittel, and S. McWhorter, Appl. Phys. B 107, 459 (2012).
[CrossRef]

Petra, N.

N. Petra, J. Zweck, A. A. Kosterev, S. E. Minkoff, and D. Thomazy, Appl. Phys. B 94, 673 (2009).
[CrossRef]

Pushkarsky, M.

Razeghi, M.

Y. Ma, R. Lewicki, M. Razeghi, and F. K. Tittel, Opt. Express 21, 1008 (2013).
[CrossRef]

Q. Y. Lu, Y. Bai, N. Bandyopadhyay, S. Slivken, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 97, 231119 (2010).
[CrossRef]

Reed, M.

A. A. Kosterev, P. R. Buerki, L. Dong, M. Reed, T. Day, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 173 (2010).
[CrossRef]

Scamarcio, G.

Schade, W.

Schilt, S.

J. P. Besson, S. Schilt, and L. Thévenaz, Spectrochim. Acta A 63, 899 (2006).

Slivken, S.

Q. Y. Lu, Y. Bai, N. Bandyopadhyay, S. Slivken, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 97, 231119 (2010).
[CrossRef]

Spagnolo, V.

Sun, S.

Tan, T.

H. Yi, W. Chen, S. Sun, K. Liu, T. Tan, and X. Gao, Opt. Express 20, 9187 (2012).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

Thévenaz, L.

J. P. Besson, S. Schilt, and L. Thévenaz, Spectrochim. Acta A 63, 899 (2006).

Thomazy, D.

V. Spagnolo, L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, J. H. Doty, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 103, 735 (2011).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, L. Dong, D. Thomazy, F. K. Tittel, and S. Overby, Appl. Phys. B 101, 649 (2010).
[CrossRef]

L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 627 (2010).
[CrossRef]

N. Petra, J. Zweck, A. A. Kosterev, S. E. Minkoff, and D. Thomazy, Appl. Phys. B 94, 673 (2009).
[CrossRef]

Tittel, F. K.

Y. Ma, R. Lewicki, M. Razeghi, and F. K. Tittel, Opt. Express 21, 1008 (2013).
[CrossRef]

L. Dong, J. Wright, B. Peters, B. A. Ferguson, F. K. Tittel, and S. McWhorter, Appl. Phys. B 107, 459 (2012).
[CrossRef]

V. Spagnolo, L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, J. H. Doty, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 103, 735 (2011).
[CrossRef]

L. Dong, V. Spagnolo, R. Lewicki, and F. K. Tittel, Opt. Express 19, 24037 (2011).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, L. Dong, D. Thomazy, F. K. Tittel, and S. Overby, Appl. Phys. B 101, 649 (2010).
[CrossRef]

L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 627 (2010).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, P. R. Buerki, L. Dong, M. Reed, T. Day, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 173 (2010).
[CrossRef]

A. A. Kosterev and F. K. Tittel, Appl. Opt. 43, 6213 (2004).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, Y. A. Bakhirkin, R. F. Curl, and F. K. Tittel, Opt. Lett. 27, 1902 (2002).
[CrossRef]

Wang, L.

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

Webber, M. E.

Willer, U.

Wright, J.

L. Dong, J. Wright, B. Peters, B. A. Ferguson, F. K. Tittel, and S. McWhorter, Appl. Phys. B 107, 459 (2012).
[CrossRef]

Yi, H.

H. Yi, W. Chen, S. Sun, K. Liu, T. Tan, and X. Gao, Opt. Express 20, 9187 (2012).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

K. Liu, X. Guo, H. Yi, W. Chen, W. Zhang, and X. Gao, Opt. Lett. 34, 1594 (2009).
[CrossRef]

Zhang, W.

Zheng, W.

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

Zweck, J.

N. Petra, J. Zweck, A. A. Kosterev, S. E. Minkoff, and D. Thomazy, Appl. Phys. B 94, 673 (2009).
[CrossRef]

Appl. Opt. (2)

Appl. Phys. B (6)

V. Spagnolo, L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, J. H. Doty, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 103, 735 (2011).
[CrossRef]

L. Dong, J. Wright, B. Peters, B. A. Ferguson, F. K. Tittel, and S. McWhorter, Appl. Phys. B 107, 459 (2012).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, L. Dong, D. Thomazy, F. K. Tittel, and S. Overby, Appl. Phys. B 101, 649 (2010).
[CrossRef]

A. A. Kosterev, P. R. Buerki, L. Dong, M. Reed, T. Day, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 173 (2010).
[CrossRef]

L. Dong, A. A. Kosterev, D. Thomazy, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 100, 627 (2010).
[CrossRef]

N. Petra, J. Zweck, A. A. Kosterev, S. E. Minkoff, and D. Thomazy, Appl. Phys. B 94, 673 (2009).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

Q. Y. Lu, Y. Bai, N. Bandyopadhyay, S. Slivken, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 97, 231119 (2010).
[CrossRef]

Opt. Express (4)

Opt. Lett. (3)

Rev. Sci. Instrum. (2)

A. Miklós, P. Hess, and Z. Bozóki, Rev. Sci. Instrum. 72, 1937 (2001).
[CrossRef]

K. Liu, H. Yi, A. A. Kosterev, W. Chen, L. Dong, L. Wang, T. Tan, W. Zheng, F. K. Tittel, and X. Gao, Rev. Sci. Instrum. 81, 103103 (2010).
[CrossRef]

Spectrochim. Acta A (1)

J. P. Besson, S. Schilt, and L. Thévenaz, Spectrochim. Acta A 63, 899 (2006).

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 (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic of double AmR QEPAS.

Fig. 2.
Fig. 2.

SNR and Q factor of an “on beam” QEPAS with an AmR as a function of the position of the AmR. The zero position is the opening of the QTF. The QTF and AmRs are scaled to position coordinate that represent the actual size and position. The AmR consists of two 4.4 mm long thin tubes with a 0.6 mm ID and a 0.9 mm OD.

Fig. 3.
Fig. 3.

Experimental setup: DL, diode laser; AFG, Tektronix arbitrary waveform generator; PC, personal computer.

Fig. 4.
Fig. 4.

Spectral data of 4540 ppm H2O acquired with the Double AmR #1. Rectangle, absorption spectrum from the top channel when the bottom channel is idle; circle, absorption spectrum from the bottom channel when the top channel is idle; triangle, absorption spectrum when both channels operate simultaneously.

Fig. 5.
Fig. 5.

Two-gas rapid-scan measurements using a double AmR configuration. Top, wavelength ramp signal for a diode laser targeting H2O. Bottom, wavelength ramp signal for diode laser targeting CO2. Middle, alternative appearance of H2O and CO2 2f QEPAS spectra.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Intercomparison of Different QEPAS Spectrophone Configurations

Metrics