DE2729275A1

DE2729275A1 - METHOD AND DEVICE FOR SPECTROSCOPIC GAS ANALYSIS

Info

Publication number: DE2729275A1
Application number: DE19772729275
Authority: DE
Inventors: Joseph J Barrett; Richard F Begley
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1978-02-02
Also published as: JPS533886A; FR2356916A2; CA1068122A; GB1564641A

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR SPEKTROSKOPISCHEN GASANALYSEMETHOD AND DEVICE FOR SPECTROSCOPIC GAS ANALYSIS

Die Erfindung betrifft die Erzeugung von kohärenten Antistokes-Drehspektren und bezieht sich auf die Spektroskopie, speziell auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit welchem zwei kohärente Strahlen aus monochromatischem Licht durch eine Gasprobe bei einer Frequenzdifferenz durchgelassen werden, die mit der Drehfrequenz eines gasförmigen Bestandteils in Wechselbeziehung steht, um den Bestandteil zu erfassen und quantitativ zu messen.The invention relates to the generation of coherent Antistokes rotation spectra and relates to spectroscopy, specifically to a method and apparatus with which two coherent Rays of monochromatic light are transmitted through a gas sample at a frequency difference that correlated with the rotational frequency of a gaseous component stands to record the component and measure it quantitatively.

Bei der für die spektroskopische Gasanalyse verwendeten Vorrichtung wird Streulicht, welches durch erregte Quanten bei diner Frequenzdifferenz nahe der Vibrations frequenz des Gases erzeugt wird, durch eine Filtereinrichtung gerichtet, die wahlweise eine Antistokeskomponente durchläßt, welche während der Streuung kohärent erzeugt ist. Der Ausgang der Filtereinrichtung wird in ein erfaßbares Signal umgewandelt und dargestellt.In the device used for spectroscopic gas analysis is scattered light, which is generated by excited quanta at a frequency difference close to the vibration frequency of the gas is generated, directed by a filter device which optionally passes an Antistokes component which during the Scattering is generated coherently. The output of the filter device is converted into a detectable signal and displayed.

Eines der Hauptprobleme bei einer solchen Vorrichtung ist die Schwierigkeit, sehr kleine Mengen gasförmiger Bestandteile zu analysieren. Das Ausgangssignal aus der Filtereinrichtung wird häufig durch Hintergrundstörungen verändert oder verundeutlicht, die sich aus der nicht in Resonanz befindlichen Suszeptibilität oder Ansprechbarkeit von Gasen stammt, di,e bei dem zu analysierenden Gas vorhanden sind. Das Problem ist besonders unangenehm,One of the main problems with such a device is the difficulty in removing very small amounts of gaseous constituents analyze. The output signal from the filter device is often changed or obscured by background interference, which arises from the non-resonant susceptibility or responsiveness of gases, that is, in the case of the one to be analyzed Gas are available. The problem is particularly uncomfortable

-Z--Z-

709885/063S709885 / 063S

wenn das Gas, welches gerade analysiert wird, sich an einer Stelle in gewisser Entfernung von der Vorrichtung befindet. Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist es notwendig gewesen, die Vorrichtung mit sehr hochempfindlichen Gebilden und Kombinationen as Detektoren, Lichtquellen, Filtern, Steuersystemen und dergleichen zu versehen, die relativ teuer sind.when the gas that is being analyzed is at a certain distance from the device. To overcome these difficulties, it has been necessary to use the device with very highly sensitive structures and combinations as detectors, light sources, filters, control systems and the like, which are relatively expensive.

Durch die Erfindung ist eine Vorrichtung mit erhöhter Empfindlichkeit für die spektroskopische Gasanalyse geschaffen. Die Vorrichtung hat eine Strahlungsquelle zur Erzeugung zweier kohärenter Strahlen monochromatischen Lichtes bzw. Strahlung. Eine solche Strahlungsquelle weist eine zugeordnete Abstimmeinrichtung zum Einstellen der Prequenzdifferenz zwischen den Strahlen auf, um die Drehfrequenz eines vorgewählten Anteils eines Gases im wesentlichen gleich zu machen. Eine Projektionseinrichtung ist vorgesehen, um die Strahlen durch das Gas zu richten und Streustrahlung zu erzeugen, die ein erfaßbares Signal enthält, das aus einer Antistokeskomponente besteht, die während der Streuung kohärent erzeugt ist. Eine Filtereinrichtung ist zur Aufnahme der Streustrahlung ausgebildet und läßt wahlweise das Signal zu einer Detektoreinrichtung durch, welche dessen Intensität anzeigt.The invention provides a device with increased sensitivity created for spectroscopic gas analysis. The device has a radiation source for generating two coherent ones Rays of monochromatic light or radiation. Such a radiation source has an associated tuning device to adjust the frequency difference between the beams to the rotational frequency of a preselected proportion to make a gas essentially the same. A projection device is provided to direct the beams through the gas direct and generate scattered radiation containing a detectable signal consisting of an Antistokes component which is generated coherently during the scattering. A filter device is designed to absorb the scattered radiation and optionally passes the signal to a detector device which indicates its intensity.

Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zur spektroskopischen Gasanalyse mit den folgenden Schritten: Erzeugen zweier kohärenter, monochromatischer Strahlen; Einstellen der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen, um im wesentlichen die Dreh-Furthermore, the invention creates a method for spectroscopic gas analysis with the following steps: generating two coherent, monochromatic rays; Adjusting the frequency difference between the beams to essentially reduce the

709885/0635709885/0635

- r- - r-

frequenz eines vorgewählten Bestandteiles des Gases gleichzumachen; Richten der Strahlen durch das Gas zur Erzeugung von Streustrahlung, welche ein erfaßbares rignal enthält, welches aus einer Antistokeskomponente besteht, die während der Streuung kohärent erzagt wird; Filtern der Streustrahlung, um wahlweise das erfaßbare Signal durchzulassen; und Anzeigen der Intensität des Signals.equalize frequency of a preselected component of the gas; Directing the rays through the gas to generate scattered radiation which contains a detectable signal, which consists of an Antistokes component which is told coherently during the scattering; Filtering the scattered radiation, to selectively pass the detectable signal; and displaying the intensity of the signal.

Verschiedene bekannte Abstimmeinrichtungen können bei der Vei»- wendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zweckmäßig sein. Vorzugsweise weist die Abstimmeinrichtung zwei Beugungsgitter mit hoher Auflösung auf, die so eingestellt sind, daß sie die zwei monochromatischen Lichtstrahlen mit einer Frequenzdifferenz durchlassen, die mit der Drehfrequenz einer Molekülsorte des Gases in Wechselbeziehung steht. Diese Bedingung erhält man, wenn gilt:Various well-known voting devices can be used at the Vei »- Use of the device described above may be appropriate. The tuning device preferably has two diffraction gratings high resolution that are set to use the two monochromatic light rays with a frequency difference let through, which is related to the rotational frequency of a type of molecule of the gas. This condition is obtained if:

undand

j bzw. 4J„ die Frequenzen der zwei kohärenten monochromatischen Strahlen darstellen, W die Frequenz der kohärent erzeugten Antistokeskomponente ist und W_D die Drehfrequenz der Molekülsorte ist. Für eine gegebene Molekülsorte bestehen die spektralen Drehbestandteile bei einer speziellen bzw. eigenartigen Gruppe von Frequenzen. Jede dieser Spektralkompoaanten kann in Resonanz befindlich vergrößertj and 4J “represent the frequencies of the two coherent monochromatic rays, W is the frequency of the coherently generated Antistokes component and W _{D is} the frequency of rotation of the species of molecule. For a given type of molecule, the rotational spectral components exist at a special or peculiar group of frequencies. Each of these spectral components can be enlarged while being in resonance

709885/0635709885/0635

bzw. gesteigert werden, um eine Antistokes-Drehkomponente erheblich erhöhter Intensität zu erzeugen. Die Identifikation der Sorten mit einer speziellen Gruppe von Drehspektralkoraponente wird wirksam bzw. bestimmt, wenn die Resonanzsteigerung für Antistokeskomponenten erfaßt wird, welche den verschiedenen Drehspektralkomponenten der Sorten entsprechen.or increased to an Antistokes rotational component considerably to generate increased intensity. The identification of the varieties with a special group of rotary spectral coraponents becomes effective or determined when the increase in resonance is detected for Antistokes components which correspond to the various Rotary spectral components of the varieties correspond.

Der Frequenzbereich der spektralen Drehkomponenten einer gegebenen Sorte ist sehr klein. Somit kann das gesamte Drehspektrum schnell mit geringen Kosten unter Verwendung eines elektronischen Instruments und einer einzigen Strahlungsquelle abgetastet werden. In vorteilhafter Weise wird das erfaßte Signal von einer Drehspektralkomponente der Sorte abgeleitet, deren Intensität erheblidi größer als die der Sorten-Schwingungsspektren ist. Folglich ist die Intensität des erfaßbaren Signals und damit die Genauigkeit der Vorrichtung weit größer als diejenige, die man von einer Vorrichtung erhält, bei welcher das erfaßbare Signal kohärent erzeugte Raman-Schwingungsspektren von Gas aufweist. The frequency range of the rotational spectral components of a given species is very small. Thus, the entire range of rotation quickly at low cost using an electronic instrument and a single radiation source are scanned. The detected signal is advantageously derived from a rotational spectral component of the type the intensity of which is significantly greater than that of the species vibration spectra is. As a result, the intensity of the detectable signal and thus the accuracy of the device is far greater than that obtained from an apparatus in which the detectable signal has coherently generated Raman vibrational spectra of gas.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:Further advantages, features and possible uses of the The present invention will become apparent from the following description in conjunction with the drawings. Show it:

Fig. 1 ein Blockdiagramm unter Darstellung der Vorrichtung zur spektroskopischen Gasanalyse,1 is a block diagram showing the device for spectroscopic gas analysis,

709885/0635709885/0635

Fig. 2 ein schematisches Diagramm der Vorrichtung der Fig.1,FIG. 2 is a schematic diagram of the device of FIG.

Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung der Fig. 2 und Fig. 3 is a schematic diagram of another embodiment of the apparatus of Figs

Fig. k das kohärente Antistokes-DrehsignaJ für die Spektrallinie J = 3 vom Wasserstoffgas.FIG. K shows the coherent Antistokes rotation signal for the spectral line J = 3 of hydrogen gas.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Eine Strahlung mit Drehspektren findet man sowohl im sichtbaren als auch im infraroten und ultravioletten Frequenzbereich. Folglich arbeitet die Erfindung mit einer
Strahlung, welche einen relativ breiten Frequenzbereich 1st.
Zu Zwecken der Darstellung wird die Erfindung in Verbindung
mit dem Verfahren und der Vorrichtung zum Messen der Drehspektren eines Gases bei Streustrahlung vom sichtbaren Frequenzbereich beschrieben. Bei der Anwendung auf diese Weise eignet si cli dio Erfindung insbesondere für die Erfassung und Messung quantitativ geringer Bestandteile des Gases, wie z.B. Luft, Ersichtlich kann die Erfindung auch unter Verwendung einer
Strahlung aus einem beliebigen anderen der vorstehend erwähnten Frequenzbereiche benutzt werden, und sie kann für ähnliche und sogar unterschiedliche Anwendungen benutzt werden, z.B.
für die Analyse von Schwingungsdrehspektren, die Bestimmung von molekularen Gasbestandteilen und dergleichen.Preferred embodiments of the invention are described below. Radiation with rotating spectra can be found in the visible as well as in the infrared and ultraviolet frequency range. Thus, the invention works with one
Radiation which has a relatively wide range of frequencies.
For purposes of illustration, the invention is combined
with the method and the device for measuring the rotational spectra of a gas in scattered radiation from the visible frequency range. When used in this way, the invention is particularly suitable for the detection and measurement of quantitatively small constituents of the gas, such as air. Obviously, the invention can also be performed using a
Radiation from any of the other frequency ranges mentioned above can be used, and it can be used for similar and even different applications, e.g.
for the analysis of rotational vibration spectra, the determination of molecular gas components and the like.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Vorrichtung für die spektroskopische Gasanalyse gezeigt. Die allgemein mit 10 bezeichneteIn Fig. 1 is a preferred device for the spectroscopic Gas analysis shown. The generally designated 10

70988B/063E70988B / 063E

-r--r-

Vorrichtung hat eine Strahlungsquelle 12 zur Erzeugung zweier kohärenter Strahlen 15, 16 monochromatischer Strahlung. Der Strahlungsquelle 12 ist eine Abstimmeinrichtung 1*1 für die Einstellung der Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen zugeordnet, um im wesentlichen der Drehfrequenz eines bestimmten gasförmigen Bestandteils gleichzukommen. Eine Projektionseinrichtung 16 ist vorgesehen, um die Strahlung 15t 17 durch das Gas in der Kammer 18 zu richten und Streu strahlung 20 zu erzeugen, die ein erfaßbares Signal 22 enthält, welches aus einer AntistokeskompciBnte zusammengesetzt ist, die während der Streuung kohärent erzeugt wird. Eine Filtereinrichtung 23 ist geeignet ausgebildet, um die Streustrahlung von der Kammer 18 aufzunehmen. Die Filtereinrichtung trennt trennscharf das Signal 22 von der Streustrahlung und läßt das Signal 22 zu einer Detektoreinrichtung 2k durch, welche dessen Intensität anzeigt.The device has a radiation source 12 for generating two coherent beams 15, 16 of monochromatic radiation. The radiation source 12 is assigned a tuning device 1 * 1 for setting the frequency difference between the beams in order to essentially match the rotational frequency of a specific gaseous component. A projection device 16 is provided to direct the radiation 15t 17 through the gas in the chamber 18 and to generate scattered radiation 20 which contains a detectable signal 22 which is composed of an Antistokes component which is coherently generated during the scattering. A filter device 23 is designed to absorb the scattered radiation from the chamber 18. The filter device clearly separates the signal 22 from the scattered radiation and lets the signal 22 through to a detector device 2k , which indicates its intensity.

Wie genauer in Fig. 2 gezeigt ist, kann die Strahlungsquelle 12 einen allgemein bei 2k gezeigten Farblaser aufweisen, der geeignet ausgestaltet ist, durch Energie von einer Blitzlampe 26 oder einem gepulston Stickstofflaser, einem frequenzgedoppelten, gepulsten Rubinlaser oder dergleichen erregt zu werden. Ein solcher Farblaser 2k weist auf (i) eine einen Farbstoff enthaltende Zelle 28 und (2) einen Laserraum, der aus einem teilweise durchlässigen Ausgangsspiegel 30 und einem optischen Element 32 zur Erzeugung von Laserstrahlen besteht. Die Farbmaterialien, die zur Benutzung im Farblaser 2k geeignet sind,As shown in more detail in Figure 2, the radiation source 12 may comprise a color laser shown generally at 2k which is adapted to be energized by energy from a flash lamp 26 or a pulsed nitrogen laser, a frequency-doubled pulsed ruby laser, or the like. Such a color laser 2k has (i) a cell 28 containing a dye and (2) a laser chamber which consists of a partially transparent output mirror 30 and an optical element 32 for generating laser beams. The color materials that are suitable for use in the color laser 2k,

709885/0636709885/0636

- r- - r-

272927b «ο 272927b «ο

sind beliebige, herkömmlich verwendete Materialien, rl ie nach der Erregung Licht emittieren, welches Frequenzen im Durchlässigkeit sboreich des zu analysierenden Gases hat. Typische Farbmaterialien weisen auf: Rhodamin 6G, Ki ton-rot, CresylvioLett, Nilblau und dergleichen,are any commonly used materials, rl ie after the excitation emit light which has frequencies in transmittance range of the gas to be analyzed. Typical Colored materials have: Rhodamine 6G, Ki ton-red, CresylvioLett, Nile blue and the like,

Din von dem Farbmaterial in der Farbzelle 28 emittierte Strahlung ist kontinuierlich über einen breiten Frequenzbereich abstimmbar. Eine Abs timme inrichtung 1'», welche dem Farbraum 2h zugeordnet ist, trennt die Strahlung in ein Pnar kohärenter monochromatische r Strahlen &J ., ^p» die von einer Strahlungsquelle 12 über den Ausgangsspiegel 3<> durchgelassen werden. Die Erzeugung des erfaßbaren Signals 22 ist äußerst wirksam, wenn die von dem Farlaser 2'l emittierte Strahlung eine Linienbreite und eine Frequenzstabilität hat, die etwa gleich oder kleiner als die Linienbreite der Drehspektralkomponente des Gases ist, welches für die Erfassung bestimmt ist.The radiation emitted by the color material in the color cell 28 is continuously tunable over a wide frequency range. A tuning device 1 '', which is assigned to the color space 2h , separates the radiation into a group of coherent monochromatic rays & J., ^ P »which are transmitted from a radiation source 12 via the output mirror 3. The generation of the detectable signal 22 is extremely effective when the radiation emitted by the far laser 2'l has a line width and a frequency stability which is approximately equal to or smaller than the line width of the rotational spectral component of the gas which is intended for the detection.

Die Verwendung eines gepulsten Farlasers als Strahlungsquelle 12 zusammen mit einem getaktet gesteuerten elektronischen Erfassungs- bzw. Nachweissystem gestattet die Bestimmung der Verunreinigungskonzentration und der Lage einer Gasprobe in einer Entfernung von der Vorrichtung 10. Beispielsweise kann man die Vorrichtung 10 versehen mit (1) einer Einrichtung zum Messen eines Zeitintervalles, welches erforderlich ist, um einen Laserimpuls in die Probe zu schicken und ein Rückkehrsignal zu empfangen, welches von dem in der Probe gestreutenThe use of a pulsed far laser as the radiation source 12 together with a clocked electronic detection or detection system allows the impurity concentration and the position of a gas sample to be determined at a distance from the device 10. For example, the device 10 can be provided with (1) a device for measuring a time interval required to send a laser pulse into the sample and receive a return signal which is different from that scattered in the sample

709885/0635709885/0635

Licht hervorgerufen ist, und (2) einer Einrichtung zur Messung der Amplitude des Rückkehrsignals, wodurch der Abstand der Probe von der Vorrichtung 10 ebenso wie die Verunreinigungskonzentration derselben leicht erhalten werden kann.
Ein gepulster Laser, der in der Lage ist, die Schmutzstoffkonzentration und die lage in der vorstehend erwähnten Weise zu bestimmen, hat vorzugsweise eine Einrichtung zur Erzeugung der Strahlung mit einer Linienbreite und Frequenzstabilität etwa gleich der oder kleiner als die Linienbreite der Drehspektren dos für den Nachweis anstehenden bzw. bestimmten
Ga se R.Light, and (2) means for measuring the amplitude of the return signal, whereby the distance of the sample from the device 10 as well as the impurity concentration thereof can be easily obtained.
A pulsed laser, which is able to determine the pollutant concentration and the position in the above-mentioned manner, preferably has a device for generating the radiation with a line width and frequency stability approximately equal to or less than the line width of the rotational spectra for the detection upcoming or specific
Ga se R.

Die Abstimmeinriehlung kann eine sich verändernde Anzhl optischer Bestandteile aufweisen, die in einer Vielzahl von Kombinationen angeordnet sind. ^ei einer Ausführungsform der
Vorrichtung 10 weist die Abstimmeinrichtung I^ eine Strahlspa 1 toinrichtung ~yh zum Trennen der Strahlung von der Farbzelle 28 in zwei Strahlen l«J.. und CaJ „ und zwei Beugungsgitter "}6₉ 38 auf, dir in Autokol1imation angebracht sind. Die zwei
Beugungsgitter 36, 38 arbeiten in der Weise eines herkömmlichen Spiegels und beschränken zusätzlich den Frequenzbereich der Strahlen, damit im Raum 2h zwei kohärente monochromatische
Strahlen mit engen Linienbreiten erzeugt werden. Ein den Strahl auseinanderziehendes Teleskop 29 kann erwünschtenfalls in Reihe zur Farbzelle 28 sowie zwischen dieser und der Strahlenspalteinrichtung 3^ für die Vergrößerung der Strahlenbreite und die Verbesserung der Wirksamkeit der Gitter angeordnet sein.The tuning device may have a varying number of optical components arranged in a variety of combinations. ^ ei one embodiment of the
Apparatus 10, the tuning device 1 ^ a beam space device ~ yh for separating the radiation from the color cell 28 into two beams 1 «J .. and CaJ" and two diffraction grids "} 6 ₉ 38, which are attached in autocolination. The two
Diffraction gratings 36, 38 work in the manner of a conventional mirror and additionally limit the frequency range of the beams so that two coherent monochromatic ones in space 2h
Rays with narrow line widths can be generated. A telescope 29 which pulls the beam apart can, if desired, be arranged in series with the color cell 28 and between the latter and the beam splitting device 3 ^ for enlarging the beam width and improving the effectiveness of the grating.

709R8B/0635709R8B / 0635

Die Abstimmeinri chtung 1*4 kann außerdem zwei Etalonsl«. Born und Wolf, Principle of Optics, Pergamon-Press, k. Ausgabe, I97O, Seiten 329-330) kO, k2 aufweisen, die mit der Strahlspalteinrichtung Jk sowie zwischen dieser mit den Beugungsgittern 36, 38 angeordnet sind, um die Frequenz der Strahlen weiterhin einzuschränken. Die Beugungsgitter 36 und 38 sind über Wellen kodierte Schrittmotoren kk , k6 an einer Steuereinrichtung ^8 angeschlossen, die in der Lage ist, die Drehgeschwindigkeit des Schrittmotors 2k bezüglich der des Schrittmotors k6 zu verändern. Die Strahlen (J_1; COp werden durch Drehen der Beugungsgitter 36, 38 dementsprechend derart abgestimmt, daß die Frequenzdifferenz zwischen diesen im wesentlichen der Drrhfrequenz eines vorgewählten Bestandteils des gasförmigen Materials gleichkommt.The voting unit 1 * 4 can also have two etalons. Born and Wolf, Principle of Optics, Pergamon-Press, k. Edition, I97O, pages 329-330) kO, k2 , which are arranged with the beam splitting device Jk and between this with the diffraction gratings 36, 38 in order to further limit the frequency of the beams. The diffraction gratings 36 and 38 are connected via shaft-coded stepping motors kk, k6 to a control device ^ 8 which is able to change the rotational speed of the stepping motor 2k with respect to that of the stepping motor k6 . The beams (J _1; COp are tuned accordingly by rotating the diffraction gratings 36, 38 such that the frequency difference between them is substantially equal to the rotation frequency of a preselected component of the gaseous material.

Die Steuereinrichtung '»8 wird vorzugsweise derart eingestellt, daß die Frequenzabtastrate des Beugungsgitters 36 doppelt so groß ist wie die des Beugungsgitters 38. Diese Einstellung der Steuereinrichtung ^8 gestattet die Erzeugung eines erfaßbaren bzw. nachweisbaren Signals 22 mit einer im wesentlichen konstanten Frequenz. Ein Bandpaßfilter 56 mit einem einzigen engen Band kann somit verwendet werden, um eine unerwünschte Strahlung abzuweisen, die während der Streuung erzeugt ist, und trennscharf das nachweisbare Signal 22 durchzulassen.The control device '»8 is preferably set in such a way that that the frequency sampling rate of the diffraction grating 36 is twice that is as large as that of the diffraction grating 38. This setting of the control device ^ 8 allows the generation of a detectable or detectable signal 22 with a substantially constant frequency. A band pass filter 56 with a single narrow band can thus be used to reject any undesired radiation generated during the scattering, and to allow the detectable signal 22 to pass selectively.

Eine einen Spiegel 50 aufweisende Projektionseinrichtung ist dem Farblaser 2k zugeordnet. Die Projektionseinrichtung führtA projection device having a mirror 50 is assigned to the color laser 2k . The projection device leads

- 10 -- 10 -

709885/0635709885/0635

die zwei kohärenten monochromatischen Strahlen 15t 17 in das Gas in der Probenkammer 52 in einer Richtung ein, die für im wesentlichen vertikal erachtet wird zur bequemen Bezugnahme auf Richtungen, kann aber selbstverständlich in jeder anderen gewünschten Richtung liegen. Die Raman-Streustrahlung 20 aus dem Gas in der Probenkammer 52 wird über den Spiegel 5'* zur Filtereinrichtung 23 durchgelassen.the two coherent monochromatic beams 15t 17 into the Gas in the sample chamber 52 in a direction suitable for im essentially vertical is considered for convenient reference to directions, but may of course be in any other desired direction. The Raman scattered radiation 20 from the gas in the sample chamber 52 is via the mirror 5 '* to Filter device 23 let through.

Verschiedene bekannte Filtereinrichtungen können bei der Vorrichtung 10 verwendet werden. Vorzugsweise ist die Filtereinrichtung 23 ein enger Bandpaß-Interferenzfilter 56, der geeignet ausgebildet ist, um das Streulicht 20 von der Probe 52 aufzunehmen. Außerdem weist die Filtereinrichtung eine Linse 60 und eine Blende 58 auf, die zur Trennung des nachweisbaren Signals 22 von der S treu strahlung 20 zusammenwirkt. Letztere weist Strahlen 15t 17t sowie einen Antistokesstrahl auf, der kohärent während der Streuung erzeugt wird. Das Interferenzfilter 56 ist so aufgebaut, daß es eine Strahlung in einem engen Frequenzbereich durchläßt, der mittig auf die Frequenz des Antistokessignals 22 eingestellt ist.Various known filter devices can be used with the device 10. The filter device 23 is preferably a narrow band-pass interference filter 56 which is suitably designed to filter the scattered light 20 from the sample 52 to record. In addition, the filter device has a lens 60 and a diaphragm 58, which are used to separate the detectable Signal 22 from the S loyal radiation 20 interacts. The latter has rays 15t 17t and an Antistokes ray that is generated coherently during the scattering. The interference filter 56 is constructed so that there is a radiation in a narrow frequency range which is centrally set to the frequency of the antistoke signal 22 passes.

Vor der Beschreibung, wie die Vorrichtung der Fig. 2 verwendet werden kann, um die Intensität des Signals 22 zu bestimmen, ist es nützlich, die der Erzeugung der kohärenten Antistokes-Drehspektren zugrunde liegenden Prinzipien darzulegen.Before describing how the apparatus of Fig. 2 can be used to determine the intensity of signal 22, it is useful to explain the principles underlying the generation of the coherent Antistokes rotation spectra.

- 11 -- 11 -

709885/0635709885/0635

Wenn zwei Lichtstrahlen bei £J ₁ und W auf einem nichtlinearen Materini zusammenfallen oder ineinanderliegen, wird eine kohärente Emission bei 2O₁ - ^o erzeugt, und zwar durch nLchtlineare Polarisation dritter Ordnung. Die nichtlineare Susceptibilitat X.^v ' , welcher dieser Polarisation zugeordnet ist, ist für die Emission verantwortlieh. \^v ' ist aus zwei Grundteilen zusammcncesetzt, X^w/ , ein nicht in Resonanz befindlicher Teil, der, eine Steigerung auf das konstante Hintergrundsignal gibt, und ein in ResonanzIf two rays of light at £ J ₁ and W coincide or lie one inside the other on a non-linear material, a coherent emission is produced at 2O ₁ - ^ o by means of non-linear third-order polarization. The non-linear susceptibility X. ^v ', which is assigned to this polarization, is responsible for the emission. \ ^v 'is composed of two basic parts, X ^{w /} , a non-resonant part which gives an increase to the constant background signal, and one in resonance

( Ί)(Ί)

befindlicher Teil X. , welcher in Resonanz befindliche Nenner aufweist, die eine große Steigerung bei 2 Iu₁ - W„ zeigen, wenn (J - CJ₂ ->*^ und wenn (J oder Ci sich einer elektronischen Resonanz in dem Material nähern (ähnlich dem Raman-Resonanzeffekt). An der Spitze der Raman-Resonanz vermindert sich \ , welches normalerweise eine Summe aus reellen und komplexen Teilen ist, auf die komplexe Komponente, welche auf dem differentiellem Raman-Querschnitt durch folgende Gleichung bezogen ist:located part X., which has resonant denominators that show a large increase at 2 Iu ₁ - W "if (J - CJ ₂ -> * ^ and if (J or Ci approach an electronic resonance in the material ( similar to the Raman resonance effect) At the peak of the Raman resonance, \, which is usually a sum of real and complex parts, decreases to the complex component, which is related to the differential Raman cross-section by the following equation:

^ 4_Λ J ^ 4 _Λ J

worin ^_R die normale Raman-Linienbreite (hwha) und A91 OC Λ der gewöhnliche spontane Raman-Differentialquerschnitt ist. Da ftf/ OL Jt ein Faktor von zwischen 1 und 10 größer und J* _R ein Faktor von zwischen 1 und 10 kleiner für die Drehlinien ist, ist diese Suszeptibilität \" zwischen 1 und 100 mal größer für Drehlinien gegenüber den Schwingunge-linien.where ^ _{R is} the normal Raman line width (hwha) and A 91 OC Λ is the ordinary spontaneous Raman differential cross-section. Since ftf / OL Jt is a factor of between 1 and 10 greater and J * _{R is} a factor of between 1 and 10 less for the rotation lines, this susceptibility is between 1 and 100 times greater for rotation lines than for the oscillation lines.

709885/0635 - ¹² -709885/0635 - ¹² -

Die Umwandlungswirksamkeit zu den Antistokeslinien ist gegeben durch die GleichungThe conversion efficiency to the Antistokes lines is given by the equation

(^ J±jL _Νχ O) I ^ I" ⁽"'> V (^ J ± jL _Νχ O) I ^ I " ⁽ "'> V

cohcoh

wobei η die Brechzahl ist, N die Molekülzahldirhte ist,where η is the refractive index, N is the molecular number,

£ die? Kohärenzlängc und der Abstand ist, über welchen ro]]ineare Strahlen um JT - Winkel ausser Phase gleiten, und A der Quprsrhnittsstrahl bere i ch ist. Da die nichtlineare Suszeptibili t ä t. X' ' in diesem Ef fektivi tat sausdruck quadriert ist, ist. ein 1 bis 10000 mal größerer Nutzeffekt bzw. eine größere Effektivität für das Drehstreuen gegenüber der Schwingungsstreuung für die Schwingungslinie erhalten.£ the? Coherence length and is the distance over which ro]] inear rays slide out of phase by JT angles, and A is the cross-sectional ray region. Since the nonlinear susceptibility. X '' is squared in this ef fective term is. a 1 to 10000 times greater efficiency or a greater effectiveness for the rotary scattering compared to the vibration scattering for the vibration line.

Das nachweisbare Signal 22 vom Interferenzfilter 56 wird in der Ebene der Blende 58 durch eine Linse 60 fokussia~t. Die I.iiiFc 60 wird so eingestellt, daß das Zentrum des Signals auf der Blende 62 in Stellung gelangt. Die Intensität des Teils des Signals 22, welcher durch die Blende 62 hindurchgeht, wird von einem Photovervielfacher 6*1 erfaßt. Der Ausgang der Filtereinrichtung 23» welcher das Signal 22 darstellt, wird von einer Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung 66 dargestellt, die ein Oszilloskop und einen Kartenschreiber aufweisen kann.The detectable signal 22 from the interference filter 56 is focused in the plane of the diaphragm 58 by a lens 60. The I.iiiFc 60 is adjusted so that the center of the signal comes into position on the shutter 62. The intensity of the part of the signal 22 which passes through the diaphragm 62 is detected by a photomultiplier 6 * 1. The output of the filter device 23, which represents the signal 22, is represented by a display and recording device 66, which can have an oscilloscope and a card writer.

Die Vorrichtung 10, die hier beschrieben worden ist, kann selbstverständlich ohne Verlassen des ErfindungsgedankensThe device 10, which has been described here, can of course without departing from the inventive concept

709885/0635 - 13 -709885/0635 - 13 -

auf zahlreiche Woiso modifiziert werden. Beispielsweise kann dir Fi 1 1 oreinri eh 1 unp, ?'? dir» Kombination eines festen El η Ions aufweisen, welches durch Steuerung seiner Temperatur abgestimmt, i. t-I., und kann ein schmales Bandpaßintorferenzfiltcr aufweisen, dessen Bandpaß bei der Frequenz des Antistokessignais 22 zentriert bzw. mittig eingestellt ist. Eine Art von zweckmäßigem, festem Etalon besteht aus optisch transpnrentem Material, wie z.B. geschmolzenes Siliziumoxid, dessen gegenüberliegende Oberflächen poliert, eben, parallel und mil Silber, einem dielektrischen Material oder dergleichen für ein hohes Refloxionxvormögen in einem vorgewählten Frequenzbereich beschichtet sind. Die Dicke des in der Filtereinrichtung 23 verwendeten Etalons kann derart ausgewählt werden, daß der Spektral bereich des Etalons gleich oder größer ist als die volle Breite von Halbdurchlässigkeitsstellon des Schmalbandpaß-Interferenzfilters . Die Feinabstimmung des in der Filtereinrichtung verwendeten festen Etalons wird durch die Schaffung einer Temperatursteuereinrichtung und folglich der optischen Weglänge desselben beeinflußt, damit die Durchlässigkeitsspitze für eine Ordnung an der Frequenz der Antxstokeskomponente des Signals 22 einzentriert gelassen wird. Ein solches festes Etalon hat vorzugsweise eine derart ausgewählte Feinheit, daß die volle Breite an ihren Halbdurchlässigkeitsstellen im wesentlichen gleich der Spektralbreite des Antistokessignals 22 ist.can be modified in numerous woiso. For example can you Fi 1 1 oreinri eh 1 unp,? '? dir »combination of a solid El η Ions have which by controlling its temperature matched, i. t-I., and can be a narrow bandpass interference filter have, the bandpass filter at the frequency of the Antistokessignais 22 centered or set in the middle is. Some kind of functional, fixed stalone consists of optically transparent material, such as fused silicon oxide, its opposite surfaces polished, flat, parallel and mil silver, a dielectric material or the like for a high reflux prediction in a selected one Frequency range are coated. The thickness of the etalon used in the filter device 23 can be selected in this way that the spectral range of the etalon is equal to or greater than the full width of the semitransparency stellon of the narrow-band-pass interference filter. The fine-tuning of the solid etalon used in the filter device is achieved by providing a temperature control device and consequently the optical path length thereof is influenced, so that the transmission peak for an order the frequency of the Antxstokes component of signal 22 is left centered. Such a fixed etalon preferably has a fineness selected so that the full width at its semi-permeable points is substantially is equal to the spectral width of the antistoke signal 22.

709885/063S709885 / 063S

Die Abstimmbreito kann aus einem einzigen Beugungsgitter bestehen, «01011055 geeignet ausgestattet ist, um erste
und zweite Strahlen (\,., C _o monochromatischer Strahlung
zu erzeugen, wobei dor zweite Strahl£L von der zweiten
Ordnung des Gittors abgeleitet ist und seine Frequenz
beim Zweifachen der Rate oder Geschwindigkeit des ersten Strahls abgestimmt hat. Ein akustisch-optischer Modulator kann in Reihe mit dem Teleskop 29 und zwischen diesem und dem Beugungsgitter 38 angeordnet sein, um die elektronische Erzeugung der Strahlen u; und C , zu bewirken.The tuning width can consist of a single diffraction grating, «01011055 is suitable to the first
and second rays (\,., C _{o of} monochromatic radiation
to produce, where the second ray £ L from the second
Order of the gate and its frequency
tuned at twice the rate or velocity of the first jet. An acousto-optic modulator can be arranged in series with the telescope 29 and between this and the diffraction grating 38 in order to generate the electronic beams u; and C to effect.

Die Strahlen U: und CJ _o können erzeugt werden durch (1) zwei separate Lasersys temo (2), ein I.asersys tem, welches mehrere Farbloser hat, die durch einen einzigen festen Frequenzlasor gepumpt werden, oder (l) ein Iasersystem, welches in Fig. 3 gezeigt ift, wobei der erste Strahl «-: ₁ durch einen Festfrequenzlaser erzeugt wird und der zweite Strahl Co durch einen Farblaser erzeugt wird, der von einem festen Frequenzlaser gepumpt wird.The rays U: and CJ _o can be generated by (1) two separate laser systems (2), an I.asersys tem, which has several colorless, which are pumped through a single fixed frequency laser, or (l) an Iasersystem, which is shown in Fig. 3, wherein the first beam -: ₁ is generated by a fixed frequency laser and the second beam Co is generated by a color laser which is pumped by a fixed frequency laser.

Kohärente Antistokes-Ramandrehstreuung hat mnn beobachtet unter Verwendung eines festen Frequenzpumpenstrahls (bei der Frequenz gedoppelton Nd:YAG-Laser-W_ellenlänge 532.11 mn) und eines ab st im-inbaren Froquenz-S tokess trahl (von einem Farblaser bei 563.09 nm vorgesehen), der in einer Zelle fokussiert ist, die eine Atmosphäre von Vasserstoffgas enthält.Coherent anti-Stokes Raman rotary diffusion has mnn observed using a fixed frequency pump beam (at the frequency gedoppelton Nd: YAG laser-W _e llenlänge 532.11 mn) and one from st inbaren in-Froquenz-S tokess Trahl (of a color laser at 563.09 nm provided) focused in a cell containing an atmosphere of hydrogen gas.

- 15 -- 15 -

709885/0636709885/0636

Der in Fig. 3 allgemein mit 100 bezeichnete Farbloser wurde von einem frequenzgedoppelten Nd: YAG-T.aser ΙΟ? gepumpt. Der Farblasor 1OO bestnnd aus einem gefalteten, sech;^;^piege1 igen, astigmatisch kompensierten Laserresonator, welcher durch die Endspiegel 1O't und 1OQ gebildet ist. Die Gesamtlänge des optischen Raumes des Farblasers betrug 2 in. Kino freif1ießende Strahlströmung von Rhodamin 6G-Farbsto ff in Äthy1englycol 130 wurde mit dem 532.12 nm frcqurnzgodoppp1 ten Nd:YAG-Laserstrahl gepumpt. Der Ausgangsstrah1 des frequenzgedoppeI ten Nd:YAG-I.asors bestand aus Impulsen von etwa 2OO Mikrosekunden Dauer, die mit einer Impulsfrequenz von etwa 5OOO Impulsen pro Sekunde auftreten. Dor 532.12 nm-Strahl wurde in den Farblaserraum mittels Dispergierprismen oder Streuprismen 121-Ι2-Ί- einge führ t. Zwei ΊΟ cm Rat] iussp iegol 105 und IO6 im Farblaserraum wurden verwendet, um den Farblaserstrahl und den frequerizgedoppel ten Nd : YAG-Strahl bei einem gemeinsamen Bereich 111 in der Gaszelle 112 zu fokussieren, mit Drewstor-Winke1 fens tern, die eine Wasserstoffgnsatmosphäre 120 enthalten. Alle die Spiegel des Farblaser-The colorless, generally designated 100 in FIG. 3, was obtained from a frequency-doubled Nd: YAG-T.aser ΙΟ? pumped. The color lamp 100 consists of a folded, six; ^; ^ piege1 igen, astigmatically compensated laser resonator, which is formed by the end mirrors 1O't and 1OQ. The total length of the optical space of the color laser was 2 inches. The free flowing stream of rhodamine 6G dye in ethylene glycol 130 was pumped with the 532.12 nm frcqurnzgodoppp1 th Nd: YAG laser beam. The output beam of the frequenzgedoppeI th Nd: YAG-I.asors consisted of pulses of about 2OO microseconds duration, which occur with a pulse frequency of about 5OOO pulses per second. The 532.12 nm beam was introduced into the color laser room by means of dispersing prisms or scattering prisms 121-Ι2-Ί-. Two ΊΟ cm Rat] iussp iegol 105 and IO6 in the color laser room were used to focus the color laser beam and the frequency-doubled Nd: YAG beam at a common area 111 in the gas cell 112, with Drewstor angles that create a hydrogen atmosphere 120 contain. All the mirrors of the color laser

den raunis hatten ein hohes Reflex ionsvc t mögen über Bereich vonthe raunis had a high reflex ionsvc t like over area of

56O-65O nm.56O-65O nm.

Bei dem vorstehenden Experiment, wurde der reine J = 3 -Drehübergang im Wasserstoff bei 1Ο33.Ί cm" verwendet. Wenn der Farblaser auf 5^3.OQ nm abgestimmt war, wurde eine kohärente Antistokes-Strahlung bei 50^.38 nm erzeugt und von dem zweiten 30 cm Radiusspiegel IO6 durchgelassen, der eine hohe Durch-In the above experiment, the pure J = 3 rotation transition in hydrogen at 1Ο33.Ί cm "was used. When the color laser was tuned to 5 ^ 3 OQ nm, a coherent Antistokes radiation was generated at 50 ^ .38 nm and let through by the second 30 cm radius mirror IO6, which has a high

709885/0635709885/0635

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

272927b272927b

ln^Mpkdt bei ">θΗ . 18 nm und ein hohe = lief Ir xionxvermügen bei =Π2,12 nra unii 56Ί.Ο9 nm hattn. Es wurde in der in Verbindung mil Fip,. .? bnsrhricbcnon Wpipp duroli die Linse 60, S rhi mi ^H und ο in (nicht gezeigtes) Pn ar von Engband-ρηΠ-I ni γγΓργρπζΠ 1 ι pm verarbeitnt , die bei 5°'· » 38 nm ausgerichtet oHrr zentrier*" waren, Der Detektor war eine gekühl to Photoverviol farherröhre 6Ί dos Typs= RCA ΓΉΓΠ'ΐΑ, welche in der- Impul szälilbe t riebsart betrieben wurde.ln ^ Mpkdt at "> θΗ . 18 nm and a high = ran Ir xionxvermügen at = Π2,12 nra unii 56Ί.Ο9 nm hattn. It was in connection with mil Fip, ..? bnsrhricbcnon Wpipp duroli the lens 60, p rhi mi ^ H and ο in (not shown) Pn ar processed by narrow band-ρηΠ-I ni γγΓργρπζΠ 1 ι pm, which were centered at 5 ° '· »38 nm. The detector was a cooled to Photoverviol farherröhre 6Ί dos type = RCA ΓΉΓΠ'ΐΑ, which was operated in the pulse-pulse mode.

Dio Ve 1 1 nnl a'ngpnausvahl im Farblaserraum erfolgtn durch die Verwendunp, von vier Prismen 121-12'« für Grobabstimmung und ein Fabry-Perot -In1 erferometer 11'| mit Zwischenraum bzw. Intrncavi tηt s-Triterferometer für die Feinabstimmung. Die Kombination von Interferometer und Prismen erzeugte eine Einzel frequenz-Farblaserlini e mit. einer Breite von etwa 0.8 cm . Die Feinabstimmung der Farblaserwellenlänf;c in der Nachbarschaft von 563.09 nm erfolgte durch Veränderung des Abstände?; zwischen den Spiegeln II6 und 118 in dem Tntraravi täts-Fabry-Perot-Interferometer 11Ί. durch Anlegen einer Spannung an einen (nicht dargestellten) piezoelektrischen Zylinder, der verwendet wurde, um einen der Interferometerspiegel zu lagern oder zu haltern. Ein Czerny Turner-Spektrometer mit 1 m Brennweite wurde eingestellt, um den Ausgang der Stokes-Wellenlänge 5Ö3»O9 nm zu überwachen. Ein kohärentes Antistokesdrehsignal, das in Fig. h gezeigt ist, wurde erzeugt, wenn die Farblaserwellenlänge mit der Stokeswellenlänge von 563*09 nm zusammenfiel.The selection in the color laser room is done by using four prisms 121-12 'for coarse tuning and a Fabry-Perot-In1 erferometer 11' with gap or intrncavi tηt s triterferometer for fine tuning. The combination of interferometer and prisms produced a single frequency color laser line. a width of about 0.8 cm. The fine tuning of the color laser wavelength; c in the vicinity of 563.09 nm was done by changing the distances ?; between the mirrors II6 and 118 in the Tntraravi ity Fabry-Perot interferometer 11Ί. by applying a voltage to a piezoelectric cylinder (not shown) which was used to support or support one of the interferometer mirrors. A Czerny Turner spectrometer with a 1 meter focal length was set to monitor the output of the Stokes wavelength 503 »09 nm. A coherent anti-Stokes rotation signal, shown in Figure h , was generated when the color laser wavelength coincided with the Stokes wavelength of 563 * 09 nm.

709B85/0635 - ¹ 709B85 / 0635 - ¹

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

KiiiR in Fig. 2 allgemein hei 68 gezeigte Kalibriorcinrichtung ei nscliliefll i ch strahl sn-n 1 t einrichtung JO, Bezugsgaszelle ~2 ut' Detektor sowie Schreiber 7'· können erwiinschtenfalls der Vorrichtung K) zuccordnot sein, um ein Bezußsantistokoppißnal 7^> vorzusehen, welches von einem Bezugsgas derart abgeleitet i^t , welche«! gerade analysiert wird. "'er Strahl spalter 70 ist geeignet ausgestaltet, um einen Teil der Strahle η 1.5» 17 durch das Bezugsgas zu richten, welches in di;; Zelle enthalten ist. Streus Iralil ung , die in der Bezugsgaszel 1 e 72 erzeugt wild, wird durch die Dctcktoreinriclitung 7'· verarbeitet, die in der gleichen Weise wie die Detektoreinrichtung 2'i aufgebaut ist und auch so arbeitet. Der Ausgang der Detcktorcinri'-htung 7'· stellt di e Groß" fies Bezugs-Ant i stokessigna 1 s 76 Tür eine bekannte Konzentration eines Bezugsgases dar, Ein solches Ausgangssignal kann mit dem Ausgangssignal der De t ek < orei nri chtung ?'» verglichen werden um die Konzentration des Gases in der Probenkammer ^>2 zu bestimmen. Die erhöhte Empfindlichkeit der Vorrichtung 1O macht sie besonders für die Bestimmung von Gashpstandteilen an entfernten Orten geeignet, welche in den unteren Millionstel Bereichen zugegen sind. Folglich muß das Gas nicht in einer Probenkammer angeordnet werden, sondern kann nn Stellen im Abstand zur Strahlungsquelle 10 angeordnet sein, z.B. in der Größenordnung von bis zu etwa 20 Meilen oder ho km im Abstand von der Strahlungsque]Ie.KiiiR in Fig. 2 generally shown at 68 calibrating device a cliliefll i ch beam sn-n 1 t device JO, reference gas cell ~ 2 ut 'detector as well as writer 7' can be associated with the device K), if desired, in order to provide a flow antistatic signal 7 ^> , which is derived from a reference gas in such a way, which «! is being analyzed. "'he beam splitter 70 is suitably configured to receive a portion of the beam η 1.5» 17 through the reference gas to be sent contained in di ;; cell. litters Iralil ung which produces wild in the Bezugsgaszel 1 e 72, is the detector device 7 'processed, which is constructed in the same way as the detector device 2'i and also works in this way. The output of the detector device 7' represents the large reference antistokessigna 1 s 76 door represents a known concentration of a reference gas. Such an output signal can be compared with the output signal of the De t ek <orei rectification? '»in order to determine the concentration of the gas in the sample chamber ^> 2 . The increased sensitivity of the device 10 makes it particularly suitable for the determination of gas components at remote locations which are present in the lower millionth ranges. Consequently, the gas need not be arranged in a sample chamber, but can be arranged nn locations at a distance from the radiation source 10, for example on the order of up to about 20 miles or ho km at a distance from the radiation source.

Beim Betrieb der bevorzugten Vorrichtung erzeugt die Strahlungsquelle 12 zwei kohärente Strahlen 15_t 17 monochroma-When operating the preferred device, the radiation source 12 generates two coherent beams 15 _t 17 monochrome

- 18 -- 18 -

709885/0635709885/0635

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

tischer Strahlung. Die Frequcnzd i fferenz zwischen den Strahlen 15, 17 wirrt durch die Abstimmeinrichtung 1'· so eingestellt, daß sin im wesentlichen der Drehfrequenz dos vorgewählten Bestandteils des Gases gleichkommt. Die Projektoreinrichtung )6 führt die Strahlen 15t 17 durch das Gas, um Streustrahlung 20 zu erzeugen, welche ein4rfaD-bares Signal 22 enthält, das aus einer Ant istokeskomponente zusammengesetzt ist, die während der Streuung kohärent erzeugt ist. Eine Filtereinrichtung 23 nimmt die Streustrahlung 2O auf und trennt das signal 22 trennscharf von dieser. Das sich ergebende Signal 22 aus der Filtereinrichtung 23 wird durch die Anzeige- und Schreibeinrichtung 66 dargestellt. thermal radiation. The frequency difference between the beams 15, 17 is set by the tuning device 1 'so that it is essentially equal to the rotational frequency of the preselected component of the gas. The projector device 6 guides the beams 15t 17 through the gas to generate scattered radiation 20 which contains a 4rfaD-able signal 22 composed of an Antistokes component coherently generated during the scattering. A filter device 23 picks up the scattered radiation 2O and separates the signal 22 from it in a selective manner. The resulting signal 22 from the filter device 23 is displayed by the display and writing device 66.

709885/0635709885/0635

L e e r s e i \ eL eersei \ e

Claims

PROCEDURE UNF) DEVICE FOR SPECTROSCOPIC GAS ANALYSIS Priority from July 1, 1976 in USA, Serial No. 701,721 additional notification to dcuiprhon Pa (pntnnmeldung Ρί? 6θ6ΐ1Ο.9 Pn tontansprürhe

1. / Method for spectroscopic Gnsnnaly.se, characterized in, that creates a coherent monorhromatic beam a color laser is pumped with this beam and another coherent monochromatic beam is generated, the frequency difference between the beams so set that sio is essentially the rotation frequency of a preselected Restricted to the gas is equivalent to the rays gas can be passed through and create a trustworthy atmosphere

709885/0635

COPYCOPY

which contains a detectable signal because ^{c is} composed of an Antistokes component which is coherently generated during the scattering, the scattered radiation is filtered to pass the detectable signal separately and the intensity of the signal is displayed.

2. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that a radiation source (1?) for generating first and second coherent monochromatic light rays it is provided that the radiation source (12) has a fixed-frequency laser (26) which is suitably configured in this way is that it produces the first radiation, and the color laser (2 * 0 is suitably designed so that it is of the first

-laser.
Fixed frequency (Γ> 6) is pumped so that it generates the second radiation that a tuning device (i4) is provided for setting the frequency difference between the light beams in such a way that the difference is essentially equal to the rotation rate of a preselected component of the gas, a Projector device (16) is provided for guiding the light beams through the gas to generate the scattered radiation, which contains a detectable signal which consists of an Antistokes component which is generated coherently during the scattering that a filter device (23) is good

she
not is designed in such a way that the scattered light picks up and the signal passes through with sharp separation, and that a detector device (24) is provided for displaying the signal intensity.

709885/0635 - 3 -

272927b

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the StrahlunRfsqupM «; O?) Has a color laser (2 ¹ O with a color material device for exciting the color material and a laser room for the generation and passage of the laser radiation,

Ί. Vorrirhtunp nnr-h claim?, Characterized in that the FnrbiDBtcrinl emits radiation after excitation and the Radiation a frequency in the transparency range of the gas hnt.

5. Apparatus according to claim?, Characterized in that the filter device (2?) Is a narrow-band pass interference filter ( ¹ J (0 is, "lesson Dui negligibility t range nuf the frequency do <= crfnßbnron signal with tig) is set.

6. The device according to claim 2, characterized in that dpi radiation source (12) is assigned a time-controlled electronic Dotoktoreinrichtung, which (i) has a measuring device for the Zci t intei ~ \ ^r all, which is required to generate a pulse of dom Sending laser into a sample of the gas and receiving a return signal caused by the radiation scattered therein, and (2) having a measuring device for the amplitude of the return signal.

709885/0635