RU2729950C2 - Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample - Google Patents
Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729950C2 RU2729950C2 RU2018145350A RU2018145350A RU2729950C2 RU 2729950 C2 RU2729950 C2 RU 2729950C2 RU 2018145350 A RU2018145350 A RU 2018145350A RU 2018145350 A RU2018145350 A RU 2018145350A RU 2729950 C2 RU2729950 C2 RU 2729950C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulses
- laser source
- sample
- ultrafast laser
- repetition rate
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 33
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 18
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 2
- 238000002493 microarray Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 4
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
- G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
- G01B9/02008—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement by using a frequency comb
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/45—Interferometric spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4795—Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/06—Illumination; Optics
- G01N2201/069—Supply of sources
- G01N2201/0696—Pulsed
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Предпосылки создания изобретенияBackground of the invention
[0001] Формы осуществления описываемого изобретения относятся к системам и способам для распределенных измерений одного или нескольких параметров. В частности, системы и способы относятся к распределенным измерениям с использованием оптической технологии.[0001] Embodiments of the described invention relate to systems and methods for distributed measurements of one or more parameters. In particular, the systems and methods relate to distributed measurements using optical technology.
[0002] Обычно в больших газовых камерах или в оптически прозрачных образцах поглощение падающего оптического излучения измеряется как общее количество проходящего через образец оптического излучения. Желательно разработать оптические способы, которые могут предоставить распределение множества параметров, таких как температура газов, концентрация газов и/или давление газов внутри камеры, или измерение пространственно распределенного спектра высокого разрешения.[0002] Typically in large gas chambers or in optically transparent samples, the absorption of incident optical radiation is measured as the total amount of optical radiation passing through the sample. It would be desirable to develop optical methods that can provide a distribution of a variety of parameters such as gas temperature, gas concentration and / or gas pressure within a chamber, or high resolution spatially distributed spectrum measurement.
[0003] Применение импульсов оптического диапазона - это оптическая технология, которая используется для кодирования информации, относящейся к передаче по волоконно-оптическим линиям, определения физических свойств молекул в образцах и тому подобного. Идентификация свойств образца с использованием частотных импульсов основана на длительности и стабильности импульсов на желаемых частотах для получения конкретного разрешения образца. Как правило, интерферометрические измерения используются для оптического анализа образцов. Однако обычно интерферометрические измерения приводят к уменьшению разрешения в пространстве и времени из-за ограничений по длительности импульсов, частоте повторения импульсов, диапазону спектра и тому подобному. Применение импульсов оптической частоты для передачи информации использует относительно широкую полосу частот отдельных частотных импульсов, что приводит к перекрытию импульсов на больших расстояниях передачи. Понятно, что, когда частотные импульсы распространяются вдоль волоконно-оптической линии, ширина импульса увеличивается. После определенного расстояния перекрытие частотных линий из-за увеличения ширины импульса приводит к потере цифрового информационного содержимого. Кроме того, трудно генерировать множество разных близко расположенных частот, что ограничивает разрешение сигнала при посылке импульсов оптической частоты.[0003] The use of optical pulses is an optical technology that is used to encode information related to transmission over optical fiber lines, determine the physical properties of molecules in samples, and the like. The identification of sample properties using frequency pulses is based on the duration and stability of the pulses at the desired frequencies to obtain a specific sample resolution. Typically, interferometric measurements are used for optical analysis of samples. However, interferometric measurements usually lead to a decrease in resolution in space and time due to limitations in pulse duration, pulse repetition rate, spectrum range, and the like. The use of optical frequency pulses to transmit information uses a relatively wide bandwidth of individual frequency pulses, which results in pulse overlap at long transmission distances. It is understood that when the frequency pulses propagate along the fiber optic line, the pulse width increases. After a certain distance, overlapping frequency lines due to increased pulse width results in a loss of digital content. In addition, it is difficult to generate many different closely spaced frequencies, which limits the signal resolution when sending optical frequency pulses.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
[0004] В одной форме осуществления изобретения предлагается система для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце. Система содержит первый сверхбыстрый лазерный источник и второй сверхбыстрый источник, сконфигурированные для подачи первого множества импульсов и второго множества импульсов, соответственно, в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей. Кроме того, первый и второй сверхбыстрые лазерные источники сконфигурированы для подачи гребенок частот, имеющих первую и вторую частоту повторения, соответственно, где вторая частота повторения отличается от первой частоты повторения. Кроме того, первое множество импульсов взаимодействует с образцом во множестве мест в образце для получения обработанных импульсов. Кроме того, система содержит опорное устройство, выполненное для подачи опорных импульсов, имеющих переменную временную задержку, переменную задержку по фазе, переменную разность оптических длин путей, или их комбинации. Кроме того, система содержит блок детектора, сконфигурированный для детектирования по меньшей мере части обработанных импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника, второго множества импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника и опорных импульсов. Система содержит также блок обработки данных, сконфигурированный для обработки детектируемых импульсов и выполнения измерений одного или нескольких параметров для множества мест в образце.[0004] In one embodiment of the invention, a system is provided for polling one or more parameters at multiple locations in a sample. The system comprises a first ultrafast laser source and a second ultrafast source configured to deliver a first plurality of pulses and a second plurality of pulses, respectively, in a picosecond time range or a range of shorter durations. In addition, the first and second ultrafast laser sources are configured to supply frequency combs having first and second repetition rates, respectively, where the second repetition rate is different from the first repetition rate. In addition, the first plurality of pulses interact with the sample at multiple locations in the sample to obtain processed pulses. In addition, the system comprises a reference device configured to supply reference pulses having a variable time delay, a variable phase delay, a variable optical path length difference, or a combination thereof. In addition, the system comprises a detector unit configured to detect at least a portion of the processed pulses from the first ultrafast laser source, a second plurality of pulses from the second ultrafast laser source, and reference pulses. The system also contains a data processing unit configured to process the detected pulses and perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample.
[0005] В другой форме осуществления изобретения предлагается система для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце. Система содержит первый фемтосекундный лазерный источник и второй фемтосекундный лазерный источник, сконфигурированные для подачи первого множества импульсов и второго множества импульсов, соответственно, в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей. Кроме того, первый и второй фемтосекундные лазерные источники сконфигурированы для подачи гребенок частот, имеющих первую и вторую частоты повторения, соответственно, где вторая частота повторения отличается от первой частоты повторения. Кроме того, первое множество импульсов взаимодействует с образцом во множестве мест в образце для получения обработанных импульсов. Система также содержит опорное устройство, выполненное для подачи опорных импульсов, имеющих переменную временную задержку, переменную задержку по фазе, переменную разность хода или их комбинации. Кроме того, система содержит блок детектора, сконфигурированный для детектирования по меньшей мере части обработанных импульсов от первого фемтосекундного лазерного источника, второго множества импульсов от второго фемтосекундного лазерного источника и опорных импульсов. Кроме того, система содержит блок обработки данных, сконфигурированный для обработки детектируемых импульсов и выполнения измерений одного или нескольких параметров для множества мест в образце.[0005] In another embodiment, the invention provides a system for polling one or more parameters at multiple locations in a sample. The system comprises a first femtosecond laser source and a second femtosecond laser source configured to deliver a first plurality of pulses and a second plurality of pulses, respectively, in a picosecond time range or a range of shorter durations. In addition, the first and second femtosecond laser sources are configured to supply frequency combs having first and second repetition rates, respectively, where the second repetition rate is different from the first repetition rate. In addition, the first plurality of pulses interact with the sample at multiple locations in the sample to obtain processed pulses. The system also includes a reference device configured to supply reference pulses having a variable time delay, a variable phase delay, a variable path difference, or a combination thereof. In addition, the system comprises a detector unit configured to detect at least a portion of the processed pulses from the first femtosecond laser source, the second plurality of pulses from the second femtosecond laser source, and reference pulses. In addition, the system includes a data processing unit configured to process the detected pulses and perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample.
[0006] В еще одной форме осуществления изобретения способ включает в себя подачу первого множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей и гребенки частот, имеющих первую частоту повторения. Кроме того, способ включает в себя взаимодействие части первого множества импульсов во множестве мест в образце для получения обработанных импульсов. Способ также включает в себя введение переменной временной задержки, переменной задержки по фазе, переменной разности хода или их комбинаций в другую часть первого множества импульсов для получения опорных импульсов и подачу второго множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, и гребенки частот, имеющих вторую частоту повторения, которая отличается от первой частоты повторения. Кроме того, способ включает в себя детектирование по меньшей мере части обработанных импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника, второго множества импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника и опорных импульсов. Способ также включает обработку детектируемых импульсов для выполнения измерения одного или нескольких параметров для множества мест в образце.[0006] In yet another embodiment of the invention, the method includes supplying a first plurality of pulses in a picosecond or shorter duration range and a frequency comb having a first repetition rate. In addition, the method includes interacting a portion of the first plurality of pulses at multiple locations in the sample to produce processed pulses. The method also includes injecting a variable time delay, a variable phase delay, a variable path difference, or combinations thereof into another portion of the first plurality of pulses to obtain reference pulses, and supplying a second plurality of pulses in a picosecond or shorter duration range, and a frequency comb, having a second repetition rate that is different from the first repetition rate. In addition, the method includes detecting at least a portion of the processed pulses from the first ultrafast laser source, the second plurality of pulses from the second ultrafast laser source, and reference pulses. The method also includes processing the detected pulses to perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample.
Перечень чертежейList of drawings
[0007] Эти и другие отличительные признаки и аспекты форм осуществления изобретения станут более понятными после прочтения следующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые символы представляют одинаковые части на всех чертежах и на которых:[0007] These and other distinctive features and aspects of the embodiments of the invention will become better understood upon reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings, in which like symbols represent like parts throughout the drawings, and in which:
[0008] Фиг. 1 является схематическим представлением системы для распределенного измерения образца для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце в соответствии с аспектами описания изобретения.[0008] FIG. 1 is a schematic diagram of a system for distributed sample measurement for interrogating one or more parameters at multiple locations in a sample in accordance with aspects of the specification.
[0009] Фиг. 2(a)-2(i) - графические иллюстрации распределенных измерений с использованием системы по фиг. 1, в соответствии с аспектами описания изобретения.[0009] FIG. 2 (a) -2 (i) are graphical illustrations of distributed measurements using the system of FIG. 1 in accordance with aspects of the specification.
[0010] Фиг. 3 - схематическое представление системы для распределенных измерений на большом расстоянии во множестве мест в образце в соответствии с аспектами описания изобретения.[0010] FIG. 3 is a schematic diagram of a system for distributed long-distance measurements at multiple locations in a sample in accordance with aspects of the disclosure.
[0011] Фиг. 4 - пример блок-схемы последовательности операций способа для распределенных измерений для множества мест в образце.[0011] FIG. 4 is an example flowchart for distributed measurements for multiple locations in a sample.
Подробное описаниеDetailed description
[0012] В некоторых формах осуществления описания изобретения предлагаются системы и способы для распределенного измерения одного или нескольких параметров образца. В некоторых других формах осуществления описания распределенное измерение поглощения, пропускания, отражения, фазового спектра или комбинаций может использоваться для определения одного или нескольких параметров, но не ограничиваясь ими, таких как концентрация, давление, температура и химический состав в одном или несколько местах в образце. Кроме того, в некоторых формах осуществления изобретения, системы могут быть сконфигурированы для проведения распределенных измерений на коротких расстояниях, распределенных измерений на больших расстояниях или их обоих. В одном примере распределенное измерение может выполняться в образце для определения химического состава образца в двух или более местах в образце. В другой форме осуществления изобретения распределенное измерение может выполняться для определения температуры образца в двух или более местах в образце.[0012] In some embodiments, systems and methods are provided for the distributed measurement of one or more sample parameters. In some other forms of implementation of the description, distributed measurement of absorption, transmission, reflectance, phase spectrum, or combinations can be used to determine one or more parameters, but not limited to them, such as concentration, pressure, temperature and chemical composition at one or more locations in the sample. Additionally, in some embodiments of the invention, the systems may be configured to perform short-range distributed measurements, long-range distributed measurements, or both. In one example, a distributed measurement can be performed on a sample to determine the chemical composition of the sample at two or more locations in the sample. In another embodiment, the distributed measurement can be performed to determine the temperature of the sample at two or more locations in the sample.
[0013] В некоторых формах осуществления изобретения системы и способы могут использоваться для многопараметрического измерения с высоким пространственным разрешением наряду с разрешением по длине волны. Например, системы и способы могут использоваться для пространственного профилирования газа, нефти, воды или их комбинаций в скважинных системах, измерения концентрации газа в пространстве, например, в выхлопе газовой турбины, мониторинга состояния покрытий, таких как, термобарьерные покрытия на лопатках турбин, но не ограничиваясь этим.[0013] In some embodiments of the invention, the systems and methods may be used for multiparameter measurement with high spatial resolution along with wavelength resolution. For example, the systems and methods can be used for spatial profiling of gas, oil, water, or combinations thereof in downhole systems, measuring gas concentration in space, for example, in the exhaust of a gas turbine, monitoring the condition of coatings such as thermal barrier coatings on turbine blades, but not limited to this.
[0014] В некоторых формах осуществления предлагается система для распределенного измерения образца для опроса или исследования одного или нескольких параметров во множестве мест в образце. Система содержит первый сверхбыстрый лазерный источник, сконфигурированный для подачи гребенки частот, имеющей первую частоту повторения. Первый сверхбыстрый лазерный источник сконфигурирован для подачи первого множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или в диапазоне более коротких длительностей, для взаимодействия с одним или несколькими местами из множества мест образца для получения обработанных импульсов. Система также содержит второй сверхбыстрый лазерный источник, который сконфигурирован для подачи гребенки частот со второй частотой повторения, которая отличается от первой частоты повторения. Второй сверхбыстрый лазерный источник сконфигурирован для подачи второго множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или в диапазоне более коротких длительностей. Разница между частотами повторения первого и второго сверхбыстрых лазерных источников может быть основана на параметре системы. Кроме того, разница между частотами повторения первого и второго сверхбыстрых лазерных источников определяет диапазон спектра, который может быть измерен. Например, если разность в частотах повторения ниже определенного значения, измеряемый диапазон спектра может быть уже, чем диапазон спектра, который измеряется, если разность в частотах повторения выше определенного значения.[0014] In some embodiments, a system is provided for distributed measurement of a sample to interrogate or examine one or more parameters at multiple locations in the sample. The system comprises a first ultrafast laser source configured to supply a frequency comb having a first repetition rate. The first ultrafast laser source is configured to deliver the first plurality of pulses in the picosecond time range or in the range of shorter durations to interact with one or more locations from a plurality of sample locations to obtain processed pulses. The system also includes a second ultrafast laser source that is configured to provide a comb of frequencies with a second repetition rate that is different from the first repetition rate. The second ultrafast laser source is configured to deliver the second plurality of pulses in the picosecond time range or in the range of shorter durations. The difference between the repetition rates of the first and second ultrafast laser sources can be based on a system parameter. In addition, the difference between the repetition rates of the first and second ultrafast laser sources determines the range of the spectrum that can be measured. For example, if the difference in repetition rates is below a certain value, the measured spectrum range may be narrower than the range of the spectrum that is measured if the difference in repetition rates is above a certain value.
[0015] Система также содержит блок детектора, который сконфигурирован для детектирования по меньшей мере части обработанных импульсов и по меньшей мере части второго множества импульсов. Кроме того, система содержит блок обработки данных, сконфигурированный для обработки детектируемых импульсов и выполнения измерений одного или нескольких параметров, соответствующих множеству мест в образце.[0015] The system also comprises a detector unit that is configured to detect at least a portion of the processed pulses and at least a portion of the second plurality of pulses. In addition, the system includes a data processing unit configured to process the detected pulses and perform measurements of one or more parameters corresponding to multiple locations in the sample.
[0016] В некоторых формах осуществления изобретения способы и системы могут использоваться для выполнения распределенного измерения множества параметров, чтобы способствовать оптимизации эксплуатации, такой как, эксплуатация газовой турбины, но не ограничиваясь этим. Например, распределенное измерение множества параметров облегчает идентификацию горячих точек в газовой турбине, уменьшение вредных выбросов из газовой турбины, обнаружение примесей в материалах термобарьерных покрытий лопаток турбины и т.п., или их комбинаций. Кроме того, способы и системы могут предусматривать измерения для образцов, имеющих одну или несколько фаз, таких как две или более из твердой, жидкой и газообразной фаз. Системы и способы сконфигурированы для измерения широкополосного спектра высокого разрешения и применяются в исследованиях окружающей среды, где образцы могут находиться в одной или нескольких фазах, таких как твердая, жидкая и газообразная фазы. Кроме того, в способах и системах используются синхронизированные сверхбыстрые лазерные источники, которые обеспечивают распределенные измерения на больших расстояниях.[0016] In some embodiments, the methods and systems can be used to perform a distributed measurement of a variety of parameters to help optimize operations such as, but not limited to, gas turbine operation. For example, distributed measurement of multiple parameters facilitates the identification of hot spots in a gas turbine, reduction of harmful emissions from a gas turbine, detection of impurities in thermal barrier materials of turbine blades, etc., or combinations thereof. In addition, the methods and systems can provide measurements for samples having one or more phases, such as two or more of a solid, liquid and gaseous phase. The systems and methods are configured to measure high-resolution broadband spectrum and are used in environmental studies where samples can be in one or more phases such as solid, liquid and gaseous phases. In addition, the methods and systems use synchronized ultrafast laser sources that provide distributed measurements over long distances.
[0017] Фиг. 1 иллюстрирует пример системы для распределенного измерения образца для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце. В показанной форме осуществления изобретения система 100 содержит интерферометрическую конфигурацию, которая использует плечо с образцом и опорное плечо. Термин "плечо с образцом" используется для обозначения плеча или части системы 100, которая включает в себя образец, а термин "опорное плечо" используется для обозначения плеча или части системы 100, которая включает в себя опорное устройство.[0017] FIG. 1 illustrates an example of a system for distributed sample measurement for polling one or more parameters at multiple locations in the sample. In the illustrated embodiment,
[0018] В представленной форме осуществления изобретения система 100 содержит первый сверхбыстрый лазерный источник 102, второй сверхбыстрый лазерный источник 104 и опорное устройство 110. Первый и второй сверхбыстрые лазерные источники 102 и 104 сконфигурированы для подачи первого и второго множества импульсов, соответственно. Первый и второй сверхбыстрые лазерные источники 102 и 104 характеризуются их индивидуальными гребенками частот и частотами повторения. Опорное устройство 110 функционально соединено с первым лазерным источником 102 и выполнено с возможностью подачи опорных импульсов, которые имеют временную задержку, задержку по фазе или разность оптических длин путей относительно импульсов первого лазерного источника 102.[0018] In the illustrated embodiment, the
[0019] В одной форме осуществления изобретения, разность частот первого и второго сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 может быть больше, чем ширина линии некоторой заданной линии гребенки частот сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104. Кроме того, разница частот первого и второго сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 может составлять менее половины частоты повторения сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104.[0019] In one embodiment, the frequency difference between the first and second
[0020] В некоторых примерах сверхбыстрые лазерные источники 102 и 104 могут быть пико- или фемтосекундными лазерными источниками. Использование пико- или фемтосекундных лазерных источников в системе 100 приводит к относительно более высокому пространственному разрешению по сравнению с использованием лазерных источников, которые излучают оптические импульсы с длительностями, превышающими пикосекунды. Частоты повторения первого и второго сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 различны. В одном примере частота повторения первого сверхбыстрого лазерного источника 102 упоминается как "первая частота повторения", а частота повторения второго сверхбыстрого лазерного источника 104 упоминается как "вторая частота повторения" (fr+/-df). В частности, первая и вторая частоты повторения различны. Разница частот повторения первого и второго сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 представлена значением df, где df - это отношение, которое представляет пространственное распределение длительности лазерных импульсов для конкретной частоты повторения сверхбыстрого лазерного источника. Частота повторения может быть определена на основе необходимого спектрального разрешения. В одной форме осуществления изобретения значение df может быть представлено уравнением (1) как:[0020] In some examples,
где с представляет скорость света, a fr представляет частоту повторения первого сверхбыстрого лазерного источника 102.where c represents the speed of light and fr represents the repetition rate of the first
[0021] Можно отметить, что оптические пути для множества импульсов от сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 могут быть сформированы с оптическими волокнами или без них. В одной форме осуществления изобретения оптическое волокно может быть функционально связано с первым сверхбыстрым лазерным источником 102 так, что по меньшей мере часть первого множества импульсов проходит по меньшей мере через часть оптического волокна. В той же или других формах осуществления оптическое волокно может быть функционально связано со вторым сверхбыстрым лазерным источником 104 так, что по меньшей мере часть второго множества импульсов проходит по меньшей мере через часть оптического волокна. В некоторых формах осуществления изобретения в оптической конфигурации по фиг. 1 и 3 настоящей заявки, первое, второе и/или третье множество импульсов от первого, второго и/или третьего сверхбыстрых лазерных источников 302, 304 и 306, соответственно, может проходить через окружающую атмосферу (например, воздух) или оптическое волокно. В формах осуществления изобретения, где различное множество импульсов проходит через оптическое волокно, соединительные линии между различными компонентами систем 100 и 300 могут представлять собой оптические волокна.[0021] It can be noted that optical paths for multiple pulses from
[0022] Первый сверхбыстрый лазерный источник 102 функционально связан с опорным устройством 110. В качестве неограничивающего примера, опорное устройство 110 может быть устройством задержки по времени, таким как зеркало. Другие неограничивающие примеры опорных устройств могут включать в себя генераторы разности фаз или задержки, генераторы разности хода, жидкокристаллические устройства, микроматрицы, микроэлектромеханическую систему (Micro Electro Mechanical System, MEMS) или любые другие оптические структуры, которые сконфигурированы для введения временной задержки, задержки по фазе или разности фаз, или разности оптических длин путей в путь оптического излучения, например, в системе 100. Опорное плечо, в общем представленное ссылочной позицией 112, содержит опорное устройство 110, например, опорное зеркало. Кроме того, плечо с образцом, в общем представленное ссылочной позицией 114, содержит образец 108 и оптический путь, который ведет к образцу 108. Опорное устройство 110 сконфигурировано для обеспечения временной задержки между оптическими импульсами, распространяющимися в опорном плече 112 и оптическими импульсами, распространяющимися в плече 114 с образцом, чтобы создать необходимую интерференцию между импульсами в двух плечах 112 и 114.[0022] The first
[0023] В некоторых формах осуществления опорное устройство может быть выполнено с возможностью введения временной задержки, задержки или разности по фазе, или разности оптических длин путей в часть первого множества импульсов, подаваемых первым сверхбыстрым лазерным источником 102. Кроме того, временная задержка, задержка по фазе или разность оптических длин путей могут изменяться во времени. В частности, временная задержка, задержка по фазе, разность хода, вводимые опорным устройством 110 в часть первого множества импульсов, таковы, что эти задержки и разности могут изменяться в соответствии с местом в образце, которое должно быть опрошено. В качестве примера, в показанной форме осуществления изобретения, если опорное устройство 110 представляет собой устройство временной задержки, такое как зеркало, зеркало может быть выполнено с возможностью перемещения вдоль оптического пути, представленного ссылочной позицией 111, чтобы вводить переменное время задержки в путь части первого множества импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника 102. Эта часть первого множества импульсов называется опорными импульсами. Кроме того, скорость или частоту движений устройства временной задержки можно регулировать на основе необходимой скорости сканирования, при которой необходимо сканировать различные места образца 108. Кроме того, временная задержка, задержка по фазе или разность хода, вводимые опорным устройством 10, могут регулироваться, чтобы соответствовать пространственному разрешению образца 108. Можно отметить, что минимальное пространственное разрешение для сканирования образца 108 может быть подобно длительности импульса лазерных источников 102 и 104.[0023] In some embodiments, the reference device may be configured to introduce a time delay, delay, or phase difference, or optical path length difference to a portion of the first plurality of pulses delivered by the first
[0024] Система дополнительно содержит светоделители 116 и 117. В неограничивающем примере светоделитель 116 может быть, например, светоделителем 50:50. Светоделитель 116 выполнен с возможностью разделения излучения, распространяющегося от первого сверхбыстрого лазерного источника 102, по меньшей мере на 2 части таким образом, что первая часть излучения проходит к опорному устройству 110, а вторая часть излучения проходит к образцу 108. Кроме того, как в опорном плече 112, так и в плече 114 с образцом могут использоваться коллиматоры 120 и 122. Коллиматоры 120 и 122 могут быть похожи друг на друга по функции и структуре или могут быть разными. Коллиматор 120 коллимирует и направляет излучение к опорному устройству 110; задержанное излучение от опорного устройства 110 принимается коллиматором 120 обратно. Аналогично, коллиматор 122 коллимирует и направляет излучение к образцу 108 для взаимодействия излучения по меньшей мере с частью образца 108 и для сбора обработанных импульсов или взаимодействующих импульсов.[0024] The system further comprises
[0025] Во время работы часть опорных импульсов, таких как импульсы с задержкой по времени, от первого сверхбыстрого лазерного источника 102 могут взаимодействовать с одним или несколькими местами образца в заданный момент времени. Места 130, 132, 134 и 136 образца опрашиваются или зондируются на основе показателя преломления среды образца 108. В одном примере, где опорное устройство 110 является устройством временной задержки, таким как опорное зеркало, расстояние перемещения опорного зеркала вдоль оптического пути, который проходит вдоль направления 111, может определять величину оптической задержки или разности хода, вводимую в плечо с образцом, или того и другого. В одной форме осуществления изобретения опорное зеркало может быть соединено с двигателем (не показанным на фиг. 1) для осуществления перемещения зеркала. В других примерах, когда пьезоэлектрическое устройство или зеркало системы MEMS используется в качестве опорного устройства 110, электрический ток может подаваться для опорного устройства, чтобы осуществлять необходимое перемещение опорного устройства 110 для обеспечения соответствующей временной задержки или задержки по фазе в конкретном моменте времени.[0025] During operation, a portion of the reference pulses, such as time-delayed pulses, from the first
[0026] Взаимодействующие импульсы от образца 108 в плече 114 с образцом и опорные (например, с временной задержкой) импульсы от опорного плеча 112 могут интерферировать с импульсами от второго сверхбыстрого лазерного источника 104. Эта интерференция импульсов детектируется с использованием блока 124 детектирования. В одном примере блок 124 детектора может быть высокочастотным детектором.[0026] Interacting pulses from the
[0027] Кроме того, система использует блок 128 обработки данных для обработки комбинированного излучения, принимаемого в блоке 124 детектора. Используемый здесь термин "блок обработки данных" относится к процессору, имеющему интегральные схемы, включенные в компьютер, а также к контроллеру, микроконтроллеру, микрокомпьютеру, программируемому логическому контроллеру (Programmable Logic Controller, PLC), специализированным микропроцессорам, процессорам цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processor, DSP), специализированным интегральным схемам (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), программируемым пользователем вентильным матрицам (Field Programmable Gate Array, FPGA) и/или любым другим программируемым схемам. В некоторых формах осуществления блок 128 обработки данных может быть связан с запоминающим устройством (устройствами) или может содержать его (не показанное на фиг. 1). Запоминающее устройство (устройства) могут обычно содержать элемент(-ы) памяти, включая, но не ограничиваясь этим, машиночитаемый носитель (например, оперативное запоминающее устройство (Random Access Memory, RAM), машиночитаемый энергонезависимый носитель (например, флэш-память), один или несколько жестких дисков, дискету, компакт-диск только для чтения (Compact Disk-Read Only Memory, CD-ROM), запоминающее устройство на компакт-диске для чтения/записи (Compact Disk-Read/Write, CD-R/W), магнитооптический диск (Magneto-Optical Disk, MOD), цифровой универсальный диск (Digital Versatile Disc, DVD), флэш-накопители, накопители на оптических дисках, полупроводниковые запоминающие устройства и/или другие подходящие элементы памяти. Детектируемое излучение, обрабатываемое блоком 128 обработки данных, может предоставлять данные, которые представляют распределенные измерения одного или нескольких параметров образца, как описано далее на фиг. 2(a)-2(h). Кроме того, способ работы системы 100 по фиг. 1 будет описан со ссылкой на фиг. 2(a)-2(h).[0027] In addition, the system uses a
[0028] На фиг. 2(a)-2(h) показана интерференция импульсов от опорного плеча, например, опорного плеча 112 на фиг. 1, и плеча с образцом, например, плеча 114 с образцом на фиг. 1. На фиг. 2(a)-2(f) ордината 202 представляет интенсивность импульсов оптического излучения. Кроме того, на фиг. 2(a)-2(f) абсцисса 204 представляет время, на фиг. 2(g)-2(h) абсцисса 206 представляет частоту импульсов, а ордината 208 представляет амплитуду импульсов. В частности, фиг. 2(a) представляет опорные импульсы (IR) или импульсы от опорного плеча 112. В определенный момент времени положение опорного устройства 110, такое как местоположение устройства временной задержки вдоль направления 111, выбирают таким образом, что выбираются одно или несколько мест образца в конкретном месте (или глубине) вдоль длины оптического пути. Фиг. 2(b) представляет импульсы (IS) от плеча 114 с образцом, которые соответствуют местам образца X1, Х2, Х3 и Х4, представленным на фиг. 1 ссылочными позициями 130, 132, 134 и 136, соответственно. В частности, импульсы, которые возвращаются после взаимодействия с позицией X1 130 образца, обозначены ссылочными позициями 212, а импульсы, возвратившиеся из места Х2 132 образца, обозначены ссылочными позициями 214. Аналогично, импульсы, возвращающиеся из мест образца Х3 134 и Х4 136, обозначены ссылочными позициями 216 и 218. Следует отметить, что образец 108 может иметь меньше или больше 4 мест, которые необходимо детектировать для распределенного измерения.[0028] FIG. 2 (a) -2 (h) show the interference of pulses from a reference arm, eg,
[0029] Фиг. 2(c) представляет второе множество импульсов 210, которые поступают от второго сверхбыстрого лазерного источника 104. Фиг. 2(d) представляет собой объединенные импульсы от опорного устройства 110, образца 108 и импульсы от второго сверхбыстрого лазерного источника 104 в блоке 124 детектора. В частности, фиг. 2(d) представляет собой суммирование опорных импульсов (IR) от опорного плеча 112, второго множества импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника 104 и обрабатываемых или взаимодействующих импульсов от множества мест, таких как места X1, Х2, Х3, Х4 130-136 в образце 108; эти импульсы имеют возможность интерферировать. В одной форме осуществления изобретения блок 124 детектора сконфигурирован для выполнения нелинейных операций, чтобы получать сигнал интерферограммы (ID), как представлено ниже в уравнении (2):[0029] FIG. 2 (c) represents a second plurality of
где ID обозначает сигнал интерферограммы, IR - опорные импульсы от опорного плеча, Is - импульсы от плеча с образцом, и IL - второе множество импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника 104.where I D is the interferogram signal, I R are the reference pulses from the reference arm, Is are the pulses from the sample arm, and I L is the second plurality of pulses from the second
[0030] Перемножение импульсов из разных мест X1, Х2, Х3, Х4, 130-136 и импульсов (IR) от опорного плеча 112 заставляет сигналы, отличные от тех сигналов, которые имеют ту же самую длину пути, что и импульсы от опорного плеча 112, уменьшиться до нуля. Соответственно, как показано на фиг. 2(e), когда опора перемещается так, что длина пути опоры перекрывается с сигналами из X1 130, сигнал интерферограммы (ID) включает в себя интерферограмму сигнала из места X1 130 в образце 108. Аналогично генерируемые сигналы интерферограммы для Х2 132 показаны на фиг. 2(e). Кроме того, интерферограммы сигналов из других мест Х3 и Х4, 134 и 136, могут быть получены путем соответствующего регулировки опорного устройства 110, например, путем перемещения опорного зеркала.[0030] Multiplication of pulses from different locations X1, X2, X3, X4, 130-136 and pulses (I R) from the
[0031] На фиг. 2(g)-2(h) показано преобразование Фурье сигналов интерферограммы, соответствующих положениям XI 130 и Х2 132. Соответственно, импульсы, обозначенные ссылочными позициями 230 и 232, представляют преобразования Фурье сигналов из положений XI и Х2 образца. Преобразования Фурье, такие как преобразования Фурье 230 и 232, используются для формирования профиля поглощения образца 108, соответствующего этим местам образца, как показано на фиг. 2(i). Уравнение (3) представляет профиль поглощения в месте Х2 как:[0031] FIG. 2 (g) -2 (h) show the Fourier transform of the interferogram signals corresponding to
где, A(z) обозначает абсолютное значение поглощения в месте z в образце и C(z) обозначает значение накопленного поглощения в месте z, и C(z-Δz) обозначает накопленное поглощение в месте z-Δz, где место z-Δz находится непосредственно перед местом n на пути оптических импульсов. Например, если z представляет место Х2, z-Δz может представлять место X1. Профиль поглощения, представленный на фиг. 2(i) содержит пик 244 и имеет абсциссу 240, которая представляет длину волны, и ординату 242, которая представляет значения поглощения. В некоторых формах осуществления изобретения высота, ширина и положение пика, такого как пик 244 в профиле поглощения, могут использоваться для измерения различных параметров, таких как температура, давление, концентрация, состав и тому подобное, но не ограничиваясь этим. В показанном примере высота 246 пика 244 представляет концентрацию конкретного вещества или концентрацию образца 108 в целом. Кроме того, ширина 248 и положение 250 пика 244 представляют соответственно температуру и давление образца 108 в этом конкретном месте. Распределенные измерения могут быть выполнены в нескольких местах в образце с пространственным разрешением, которое пропорционально длительности импульса ультрабыстрых лазерных источников 102 и 104.where, A (z) denotes the absolute value of the absorbance at the z-site in the sample and C (z) denotes the accumulated absorbance at the z-site, and C (z-Δz) denotes the accumulated absorbance at the z-Δz site where the z-Δz site is immediately in front of place n in the path of optical pulses. For example, if z represents site X2, z-Δz may represent site X1. The absorption profile shown in FIG. 2 (i) contains a
[0032] В некоторых формах осуществления система 100 сконфигурирована для измерений на коротких расстояниях в диапазоне от примерно 100 микрон до нескольких сантиметров и для измерений на больших расстояниях в диапазоне от примерно нескольких сантиметров до нескольких километров. Кроме того, в некоторых других формах осуществления система 100 является применимой примерно до c/fr лазера, где с - скорость света, a fr - частота повторения сверхбыстрого лазерного источника. В некоторых других формах осуществления системы и способы по настоящей заявке могут быть сконфигурированы для распределенных измерений на больших расстояниях, таких как нефте- и газопроводы.[0032] In some embodiments,
[0033] Фиг. 3 иллюстрирует другой пример системы 300 для распределенных измерений множества мест в образце. Кроме того, система 300 сконфигурирована для измерений на больших расстояниях, таких как, применениях в скважине, пространственное профилирование газа, нефти, воды в скважинных системах, пространственные измерения концентрации газа в выхлопе газовой турбины, но не ограничиваясь этим, и мониторинга работоспособности покрытий, таких как термобарьерные покрытия на лопатках турбин, но не ограничиваясь ими. Система 300 содержит первый, второй и третий сверхбыстрые лазерные источники 302, 304 и 306, сконфигурированные для подачи первого, второго и третьего множества импульсов. В неограничивающем примере первый, второй и третий сверхбыстрые лазерные источники 302, 304 и 306 являются фемтосекундными лазерными источниками. В некоторых формах осуществления сверхбыстрые лазерные источники 302, 304 и 306 могут иметь функциональную связь с другими компонентами системы 300 через одно или несколько оптических волокон. В одной форме осуществления изобретения оптическое волокно может быть функционально связано с первым сверхбыстрым лазерным источником 302 так, что по меньшей мере часть первого множества импульсов проходит по меньшей мере через часть оптического волокна.[0033] FIG. 3 illustrates another example of a
[0034] Кроме того, сверхбыстрые лазерные источники 302 и 306 функционально связаны с генератором 308 опорных синхроимпульсов для синхронизации двух источников 302 и 306 относительно друг друга. Кроме того, опорное устройство, такое как генератор 310 задержки по фазе, соединено с одним из первого и третьего сверхбыстрых лазерных источников 302 и 306. В рассматриваемом в настоящее время примере, где генератор 310 задержки по фазе связан с третьим сверхбыстрым лазерным источником 306, задержка по фазе, вводимая генератором 310 задержки по фазе в третье множество импульсов третьего сверхбыстрого лазерного источника 306, в свою очередь, вводит задержку по фазе в генераторе 308 опорных синхроимпульсов. Кроме того, задержка по фазе, введенная в третьем множестве импульсов генератором 310 задержки по фазе, приводит к временной задержке, вводимой в третьем множестве импульсов по отношению к первому множеству импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника 302. Третий сверхбыстрый лазерный источник 306 вместе с генератором 308 опорных синхроимпульсов действует как опорное плечо для подачи опорных импульсов.[0034] In addition,
[0035] При работе первое множество импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника 302 пропускается через циркулятор 312, и часть 315 из первого множества импульсов, которые пропускаются через циркулятор 312, используется для опроса образца 314. Коллиматор 316 используется для коллимирования импульсов 315, проходящих через циркулятор 312 к образцу 314. Различные места образца в направлении 326 импульсов от коллиматора 316 обозначены как XI 318, Х2 320, ХЗ 322 и Х4 324. После взаимодействия с образцом 314 взаимодействующие импульсы объединяются с третьим множеством импульсов с использованием объединителя 328. Объединенные импульсы затем дополнительно объединяются со вторым множеством импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника 304 с использованием другого объединителя 330 для формирования результирующих импульсов. Частоты повторения первого и третьего сверхбыстрых лазерных источников 302 и 306 одинаковы. Кроме того, частоты повторения первого и третьего сверхбыстрых лазерных источников 302 и 306 относительно отличаются от частоты повторения второго источника 304.[0035] In operation, the first plurality of pulses from the first
[0036] Результирующие импульсы детектируются блоком 332 детектора и обрабатываются с использованием блока 334 обработки данных. Результаты, такие как показанные на фиг. 2(a)-2(i), могут отображаться на дисплее 336, таком как монитор, сенсорный экран и тому подобное.[0036] The resulting pulses are detected by the
[0037] Фиг. 4 иллюстрирует примерную блок-схему 400 последовательности операций для способа распределенного измерения во множестве мест в образце, чтобы определять один или несколько параметров образца. На этапе 402 способ начинается с подачи первого множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей и гребенки частот, имеющих первую частоту повторения. На этапе 404 часть первого множества импульсов имеет возможность взаимодействовать во множестве мест в образце для получения обработанных импульсов. На этапе 406 переменная временная задержка, переменная задержка по фазе, переменная разность хода или их комбинации вводятся в другую часть первого множества импульсов, чтобы формировать опорные импульсы. На этапе 408 подается второе множество импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, и гребенка частот, имеющих вторую частоту повторения. Вторая частота повторения отличается от первой частоты повторения.[0037] FIG. 4 illustrates an
[0038] На этапе 410 по меньшей мере часть обработанных импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника, второе множество импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника и опорные импульсы детектируются детектором. В блоке 412 детектируемые импульсы обрабатываются, чтобы выполнить измерения одного или нескольких параметров для множества мест в образце.[0038] In
[0039] В некоторых формах осуществления изобретения также может быть предусмотрено третье множество импульсов. В этих формах осуществления изобретения временная задержка, задержка по фазе или разность хода могут вводиться в одно из первого или третьего множества импульсов. Кроме того, первое и третье множества импульсов могут быть синхронизированы. Кроме того, обрабатываемые импульсы могут объединяться с третьим множеством импульсов.[0039] In some embodiments, a third plurality of pulses may also be provided. In these embodiments of the invention, a time delay, phase delay, or path difference may be introduced into one of the first or third plurality of pulses. In addition, the first and third sets of pulses can be synchronized. In addition, the pulses to be processed can be combined with a third plurality of pulses.
[0040] Системы 100 и 300 по фиг. 1 и 3 и способы по фиг. 2(a)-2(i) и фиг. 4 сконфигурированы для определения многих веществ. В качестве примера, при опросе газообразного образца различные газы, присутствующие в газообразном образце, могут обнаруживаться с использованием систем и способов настоящей заявки. Системы и способы согласно настоящей заявке обеспечивают высокое разрешение и более быстрое измерение. Зондирование с высоким разрешением позволяет идентифицировать несколько материалов одновременно. Кроме того, системы и способы настоящей заявки обеспечивают полный оптический спектр для определения множества параметров, вместо того, чтобы измерять эти параметры индивидуально. Кроме того, широкополосное и когерентное выходное излучение гребенок частот также обеспечивает высокие отношения сигнал/шум. Также короткие длительности импульсов сверхбыстрых лазеров обеспечивают высокое пространственное разрешение.[0040]
[0041] Хотя только некоторые признаки изобретения были проиллюстрированы и описаны в данном документе, специалистами в данной области техники могут быть предложены множество модификаций и изменений. Следовательно, следует понимать, что прилагаемая формула изобретения предназначена для охвата всех таких модификаций и изменений, которые входят в объем изобретения.[0041] Although only a few features of the invention have been illustrated and described herein, many modifications and variations can be suggested by those skilled in the art. Therefore, it should be understood that the appended claims are intended to cover all such modifications and variations that fall within the scope of the invention.
Claims (33)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IN201641022596 | 2016-06-30 | ||
IN201641022596 | 2016-06-30 | ||
PCT/US2017/040325 WO2018005987A1 (en) | 2016-06-30 | 2017-06-30 | Systems and methods for interrogating parameters at a plurality of locations in a sample |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018145350A RU2018145350A (en) | 2020-07-30 |
RU2018145350A3 RU2018145350A3 (en) | 2020-07-30 |
RU2729950C2 true RU2729950C2 (en) | 2020-08-13 |
Family
ID=59363241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018145350A RU2729950C2 (en) | 2016-06-30 | 2017-06-30 | Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3479099A1 (en) |
CN (1) | CN109328300A (en) |
CA (1) | CA3028758A1 (en) |
RU (1) | RU2729950C2 (en) |
WO (1) | WO2018005987A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022116927A1 (en) | 2022-07-07 | 2024-01-18 | Trumpf Laser Gmbh | Laser processing machine with frequency comb-based distance sensor and associated method with frequency comb-based distance measurement |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5814820A (en) * | 1996-02-09 | 1998-09-29 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Pump probe cross correlation fluorescence frequency domain microscope and microscopy |
WO2006088841A1 (en) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Ultra-fast laser system |
RU2384835C1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-03-20 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Ellipsometre |
US20150062586A1 (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-05 | Agilent Technologies, Inc. | System for performing optical spectroscopy including interferometer |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5984351B2 (en) * | 2011-09-14 | 2016-09-06 | キヤノン株式会社 | Measuring device |
CN104316186B (en) * | 2014-07-07 | 2016-08-24 | 华东师范大学 | A kind of spectral measurement method of optically-based frequency comb |
CN104316180B (en) * | 2014-11-02 | 2016-06-01 | 华东师范大学 | Based on two optical frequency com optical imaging methods of continuous Frequency Stabilized Lasers |
US20160153835A1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-06-02 | Imra America, Inc. | Comb resolved fourier transform spectroscopy |
CN105548036B (en) * | 2015-12-08 | 2018-04-06 | 上海理工大学 | A kind of adaptive double light comb spectroscopic systems |
-
2017
- 2017-06-30 EP EP17740541.2A patent/EP3479099A1/en not_active Withdrawn
- 2017-06-30 CN CN201780040823.9A patent/CN109328300A/en active Pending
- 2017-06-30 CA CA3028758A patent/CA3028758A1/en not_active Abandoned
- 2017-06-30 RU RU2018145350A patent/RU2729950C2/en active
- 2017-06-30 WO PCT/US2017/040325 patent/WO2018005987A1/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5814820A (en) * | 1996-02-09 | 1998-09-29 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Pump probe cross correlation fluorescence frequency domain microscope and microscopy |
WO2006088841A1 (en) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Ultra-fast laser system |
RU2384835C1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-03-20 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Ellipsometre |
US20150062586A1 (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-05 | Agilent Technologies, Inc. | System for performing optical spectroscopy including interferometer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3479099A1 (en) | 2019-05-08 |
RU2018145350A (en) | 2020-07-30 |
CA3028758A1 (en) | 2018-01-04 |
WO2018005987A8 (en) | 2019-03-14 |
WO2018005987A1 (en) | 2018-01-04 |
CN109328300A (en) | 2019-02-12 |
RU2018145350A3 (en) | 2020-07-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6552983B2 (en) | Brillouin scattering measurement method and Brillouin scattering measurement apparatus | |
Bao et al. | Recent development in the distributed fiber optic acoustic and ultrasonic detection | |
US9702975B2 (en) | Lidar measuring system and lidar measuring method | |
Hartog et al. | The optics of distributed vibration sensing | |
CN110646805B (en) | Frequency modulation continuous wave laser ranging system based on virtual sweep frequency light source | |
CN110470376B (en) | Interference distributed optical fiber acoustic sensing device and sensing method thereof | |
EP2606311B1 (en) | Apparatus and method for measuring distance | |
EP3104165B1 (en) | Terahertz wave phase difference measurement device | |
BR112012007192B1 (en) | DISTRIBUTED ACOUSTIC DETECTION METHOD AND SYSTEM | |
WO2010009007A1 (en) | Frequency-scanned optical time domain reflectometry | |
CN102778256B (en) | Multi-physical field measurement system aiming at strong laser driven impact effect test | |
CN110274880A (en) | A kind of optical spectrum detecting method and system of high-precision spatial resolution | |
JP2019020143A (en) | Optical fiber vibration detection sensor and method therefor | |
CN102721824B (en) | Method and device for measuring particle velocity with low velocity and high acceleration characteristics | |
JP2017116423A (en) | Optical fiber characteristic measurement device and optical fiber characteristic measurement method | |
CN107764197B (en) | A kind of optical system axial direction parameter measuring apparatus and method | |
JP2019052938A (en) | Light reflection measuring device and method therefor | |
RU2729950C2 (en) | Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample | |
RU2532562C1 (en) | Distributed sensor of acoustic and vibration actions | |
CN109031341B (en) | Object movement speed measuring method using continuous frequency modulation laser radar device | |
CN112767802B (en) | Low-coherence light source interference experiment teaching demonstration device for simultaneous measurement of time domain and spectrum | |
Nissim et al. | Free-surface velocity measurements of opaque materials in laser-driven shock-wave experiments using photonic Doppler velocimetry | |
Bengalskii et al. | Effect of strong local stretching of sensing fibre on the operation of a phase-sensitive optical time-domain reflectometer | |
JP2013007571A (en) | Laser beam coherence function measuring method and measuring apparatus | |
Gubskii et al. | Multipoint vernier VISAR Interferometer system for measuring mass velocity in shock wave experiments |