Développement d'un spectromètre infrarouge à diode laser pour l'étude des profils de raies PDF Download
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Author: Véronique Lemaire
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Languages : fr
Pages : 185
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Book Description
L'étude des atmosphères planétaires constitue un moyen d'améliorer nos connaissances des planètes et du système solaire mais elle permet également de mieux comprendre l'évolution de la composition de notre atmosphère. A ce titre, Titan s'est révélé d'un intérêt considérable à cause de son atmosphère dense d'azote contenant des hydrocarbures et des nitriles tels que HCN, molécules clés pour la chimie prébiotique. L'atmosphère de Venus essentiellement composée de CO2 et très étudiée pour son effet de serre contient de nombreuses espèces mineures telles que OCS récemment détecté. Des mesures en laboratoire sont donc nécessaires pour interpréter les données observationnelles. En plus des résultats sur les fréquences des transitions, il faut disposer d'informations sur les coefficients d'élargissement collisionnel, les intensités et les déplacements de fréquence induits par pression. Dans ce but, un spectromètre infrarouge à diode laser stabilisé en fréquence a été installé. Son originalité réside dans l'obtention du signal d'erreur par modulation de la longueur optique d'une cavité de référence, évitant ainsi la formation de bandes latérales qui dégradent l'émission laser. Ce spectromètre a été utilisé pour étudier l'élargissement collisionnel de OCS induit par CO2, celui de HCN induit par lui-même et par N2, H2, Ar, et pour mesurer des intensités de transition. Cette étude a été complétée par des mesures de déplacement de fréquence induits par pression. Ces études permettent de mieux comprendre les processus de collision. L'interprétation théorique des résultats a été réalisé grâce aux formalismes semi-classiques d'Anderson, Tsao et Curnutte et de Robert et Bonamy. Le potentiel d'interaction a été adapté pour chaque partenaire de collision grâce aux paramètres disponibles dans la littérature. Il a ainsi été possible de reproduire la dépendance de la relaxation avec le nombre quantique de rotation.
Author: Véronique Lemaire
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Languages : fr
Pages : 185
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L'étude des atmosphères planétaires constitue un moyen d'améliorer nos connaissances des planètes et du système solaire mais elle permet également de mieux comprendre l'évolution de la composition de notre atmosphère. A ce titre, Titan s'est révélé d'un intérêt considérable à cause de son atmosphère dense d'azote contenant des hydrocarbures et des nitriles tels que HCN, molécules clés pour la chimie prébiotique. L'atmosphère de Venus essentiellement composée de CO2 et très étudiée pour son effet de serre contient de nombreuses espèces mineures telles que OCS récemment détecté. Des mesures en laboratoire sont donc nécessaires pour interpréter les données observationnelles. En plus des résultats sur les fréquences des transitions, il faut disposer d'informations sur les coefficients d'élargissement collisionnel, les intensités et les déplacements de fréquence induits par pression. Dans ce but, un spectromètre infrarouge à diode laser stabilisé en fréquence a été installé. Son originalité réside dans l'obtention du signal d'erreur par modulation de la longueur optique d'une cavité de référence, évitant ainsi la formation de bandes latérales qui dégradent l'émission laser. Ce spectromètre a été utilisé pour étudier l'élargissement collisionnel de OCS induit par CO2, celui de HCN induit par lui-même et par N2, H2, Ar, et pour mesurer des intensités de transition. Cette étude a été complétée par des mesures de déplacement de fréquence induits par pression. Ces études permettent de mieux comprendre les processus de collision. L'interprétation théorique des résultats a été réalisé grâce aux formalismes semi-classiques d'Anderson, Tsao et Curnutte et de Robert et Bonamy. Le potentiel d'interaction a été adapté pour chaque partenaire de collision grâce aux paramètres disponibles dans la littérature. Il a ainsi été possible de reproduire la dépendance de la relaxation avec le nombre quantique de rotation.
Author: Abdessamad Babay
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Languages : en
Pages : 60
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Les raies d'absorption moléculaires, caractérisées par leur position en fréquence, leur profil, leur largeur collisionnelle et leur intensité, sont une manifestation des dynamiques et des interactions moléculaires. L'étude précise de ces raies permet de déterminer la structure des molécules et le potentiel qui décrit leurs interactions. Ce travail qui s'inscrit dans le domaine de la spectroscopie infrarouge est articule en trois chapitres : dans le premier chapitre, après une rapide description du spectromètre, nous présentons les deux étalons perot-fabry conçus au laboratoire pour stabiliser le laser en fréquence et effectuer la calibration des spectres. A l'aide d'un estimateur de la densité spectrale de puissance, nous caractérisons les fluctuations statistiques de l'émission laser et nous discutons la limite de l'utilisation de la boucle de stabilisation. Le deuxième chapitre est consacre a l'analyse du rétrécissement de raie observe dans le cas de hcn. Ce phénomène peut être attribue a des collisions avec changement de vitesse et a la dépendance en vitesse de la relaxation. Apres avoir rappelé les différents modèles permettant d'en tenir compte, nous présentons un modèle simple de collisions douces qui dérive de l'équation de langevin. Les résultats obtenus pour quelques transitions de hcn perturbe par hcn, N2, ar ouH2 montrent que la similitude existant entre les profils issus des différentes modèles implique l'indiscernabilite expérimentale entre les processus de rétrécissement. Dans le dernier chapitre nous étudions les déplacements de fréquence induits par pression dans la bande V5 de C2H2 et dans la bande V2 de ocs. Apres description de la technique de mesure utilisée, nous détaillons les résultats expérimentaux. Enfin nous présentons les théories de anderson-tsao-curnutte et de robert-bonamy, qui sont utilisées pour l'interprétation théorique des mesures effectuées sur C2H2.
Author: Pierre-Marie Flaud
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Languages : fr
Pages : 197
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Les méthodes de détection et de caractérisation d'espèces moléculaires d'intérêt atmosphérique dans l'infrarouge se tournent de plus en plus vers l'utilisation de sources laser, monomodes, cw et accordables, complétant des outils tels que les spectromètres à transformée de Fourier (résolution spectrale limitée, source d'erreurs pour la détermination de paramètres moléculaires).Le spectromètre laser infrarouge à différence de fréquence que nous avons développé fonctionne au moyen de deux sources lasers solide (un Nd :YAG, 800 mW à 1064 nm, et une diode-laser à cavité externe, 10-50 mW à 805-885 nm) opérant dans l'infrarouge proche, focalisées au sein d'un cristal non-linéaire de LiNbO3 (PPLN). Il en résulte l'émission d'un faisceau laser à la fréquence égale à la différence des fréquences des faisceaux incidents. Celui-ci possède une largeur spectrale de 3×10-5 cm-1, est accordable de 1800 à 3100 cm-1 sur de petits intervalles spectraux de 0.5 à 1.0 cm-1 avec une puissance de quelques 0.1 microW et un rapport signal/bruit allant jusqu'à quelques milliers, permettant d'enregistrer rapidement (dans une minute environ) les profils et intensités de raies d'absorption avec grande précision. De plus, cet instrument est très compact (0.7×0.7 m2). Nous présentons l'instrument et sa caractérisation avec des raies de N2O, la détermination des intensités absolues de NO2 dans l'infrarouge (par intercalibration avec l'UV-visible) montrant des différences systématiques de 5 % par rapport à la base de données HITRAN 2004, ainsi que la première observation d'interférences collisionnelles dans la structure hyperfine de HI (un effet prédit il y a plus de 20 ans).
Author: Fabrice Raynaud
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Languages : en
Pages : 148
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L'evolution et la composition des atmospheres terrestre et planetaires font l'objet de diverses etudes en laboratoire necessitant des conditions experimentales adaptees aux phenomenes observes. Ainsi, les etudes de la relaxation collisionnelle, qui permettent de connaitre la composition de ces atmospheres, necessitent une grande stabilite de la frequence du laser. De plus, si les spectres des principales molecules intervenant dans notre atmosphere sont a ce jour identifies, beaucoup de molecules, existant a l'etat de traces (mais qu'il sera utile de surveiller dans un avenir proche), presentent des spectres complexes qui restent encore a analyser. Dans ce double but, nous presentons les differents developpements et perfectionnements apportes a un spectrometre infrarouge a diode laser. D'une part, nous avons developpe et caracterise une technique originale de stabilisation de la frequence d'emission du laser : cette frequence est asservie sur un mode de resonance d'un interferometre de perot-fabry dont on module la longueur optique. Cette technique s'est averee tres interessante lors des mesures de phenomenes lies a la relaxation collisionnelle. Notamment, elle nous a permis de mettre au point en l'appliquant a l'ammoniac une nouvelle methode tres sensible de mesure des deplacements de frequence de raies induits par pression. D'autre part, en vue d'analyser les bandes vibrationnelles de molecules halogenees en jet supersonique, nous avons accru la sensibilite de notre spectrometre a l'aide de deux techniques originales de modulation des signaux d'absorption (soit par utilisation d'une lame vibrante placee dans le jet, soit par deflexion du laser). Cette derniere a permis d'analyser la bande 1 6 vers 940 cm 1 du 1-1 difluoroethane. Cette molecule, appartenant a la famille des hydrofluorocarbones, est un candidat potentiel pour remplacer le freon 12 dans le cadre des mesures de protection de la couche d'ozone.
Author: Eric de Borniol
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Languages : fr
Pages : 121
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L'ETUDE DE L'ATMOSPHERE OU LE SUIVI DE PROCESSUS INDUSTRIELS NECESSITE DES INSTRUMENTS CAPABLES DE MESURER IN SITU ET DE FACON SELECTIVE DE FAIBLES CONCENTRATIONS DE GAZ. LA SPECTROMETRIE D'ABSORPTION PAR DIODE LASER INFRAROUGE REPOND A CE PROBLEME MAIS SA SENSIBILITE EST LIMITEE PAR LE BRUIT DE MESURE. LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE EST CONSACREE A L'ETUDE DES BRUITS LIMITANT LA SENSIBILITE DES METHODES DE SPECTROSCOPIE UTILISANT DES DIODE LASER AUX SELS DE PLOMB, ET AUX DIFFERENTES TECHNIQUES MISES EN UVRE POUR L'AMELIORER. LES FLUCTUATIONS DE PUISSANCE DE LA DIODE LASER ETANT LE FACTEUR LE PLUS LIMITANT POUR LA SENSIBILITE, L'ETUDE DU BRUIT RELATIF D'INTENSITE (OU RIN) D'UNE TELLE SOURCE A ETE REALISEE. CETTE ETUDE MONTRE QUE CE BRUIT PEUT ETRE DIMINUE EN FONCTION DES CONDITIONS EXPERIMENTALES ET QU'IL PRESENTE, DANS TOUT LES CAS, UNE DECROISSANCE AVEC LA FREQUENCE D'ANALYSE (BRUIT EN 1/F). LA SECONDE PARTIE DU MEMOIRE EST DEDIEE A LA CONCEPTION ET A L'EVALUATION DE LA SENSIBILITE ULTIME D'UN SPECTROMETRE D'ABSORPTION DIFFERENTIELLE A BALAYAGE RAPIDE. LA LONGUEUR D'ONDE D'EMISSION EST BALAYEE PERIODIQUEMENT AUTOUR D'UNE RAIE D'ABSORPTION MOLECULAIRE EN MODULANT LE COURANT INJECTE DANS LA DIODE. DEUX VOIES OPTIQUES DE MESURE L'UNE TRAVERSANT LE MILIEU ET L'AUTRE NON SONT SOUSTRAITES L'UNE A L'AUTRE AVANT LA NUMERISATION DU SIGNAL. LE SIGNAL EST ENSUITE MOYENNE SUR PLUSIEURS PERIODES. L'ETUDE DU FILTRE RESULTANT DU BALAYAGE SPECTRAL RAPIDE MONTRE QUE LE BRUIT EN 1/F PEUT ETRE FILTRE EN DIMINUANT LA PERIODE DE MODULATION. LA SOUSTRACTION DE DEUX VOIES ASSOCIE A UNE COURTE PERIODE DE BALAYAGE (0,1 MS) PERMETTENT D'ATTEINDRE UNE TRES GRANDE SENSIBILITE. L'ANALYSE DE SPECTRES D'ABSORPTION DE LA MOLECULE DE CO VERS 2054 CM 1 MONTRE QUE LE SPECTROMETRE REALISE PERMET DE MESURER UNE ABSORPTION RELATIVE DE LA PUISSANCE LASER DE 1,1.10 6 EN 54,5 MS. SA SENSIBILITE LIMITE, CALCULEE POUR UNE BANDE PASSANTE DE 1 HZ EST DE 7.10 8. CETTE SENSIBILITE EST PROCHE DE CELLE OBTENUE PAR LA TECHNIQUE ACTUELLEMENT LA PLUS SENSIBLE TELLE QUE LA SPECTROSCOPIE DE MODULATION HAUTE FREQUENCE.
Author: OLIVIER.. MAULAT
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Languages : fr
Pages : 176
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NOUS PROPOSONS UN SYSTEME D'ASSERVISSEMENT ET DE PILOTAGE EN NOMBRE D'ONDE D'UNE DIODE LASER DANS L'INFRA-ROUGE MOYEN. LE SYSTEME DE BASE COMPORTE UN INTERFEROMETRE DE TYPE MICHELSON, DONT LA DIFFERENCE DE MARCHE PEUT VARIER DE 0 A 2.4 METRE ENVIRON, QUI, ASSOCIE A UN SEPARATEUR DE MODE, ASSURE A LA FREQUENCE EMISE UNE STABILITE RELATIVE A MOYEN (MS) ET LONG TERME (>MIN.) MEILLEURE QUE 10##7. LA STABILISATION DU NOMBRE D'ONDE DU FAISCEAU EMIS SUR DES TRANSITIONS MOLECULAIRES ET L'UTILISATION DE L'INTERFEROMETRE COMME LAMBDA-METRE AUTORISENT LA MESURE DES FREQUENCES DE CES TRANSITIONS AVEC UNE MEME PRECISION. UN ENSEMBLE DE PROGRAMMES GERE INTEGRALEMENT LE PILOTAGE DE L'EXPERIENCE, ET PERMET EGALEMENT D'ADAPTER LE TRAITEMENT DES DONNEES A L'INFORMATION DESIREE: FORCE ET/OU FORME DE RAIE, NOMBRE D'ONDE ETC... DES SPECTRES EXPERIMENTAUX ONT ETE ENREGISTRES EN SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION, ET L'ANALYSE DES DONNEES A PERMIS L'ETUDE DU COMPORTEMENT DES FREQUENCES ET DU PROFIL DES TRANSITIONS DE MOLECULES DE TYPE XY#4 EN PRESENCE D'UN PERTURBATEUR (GAZ RARE)
Author: Nofal Ibrahim
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Languages : fr
Pages : 240
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Book Description
La spectroscopie infrarouge à haute résolution est un outil très puissant pour mesurer les concentrations d’un grand nombre de gaz traces atmosphériques et pour caractériser les propriétés physico-chimiques de ces espèces. L’utilisation de lasers accordables permet de balayer de petits intervalles spectraux avec une très haute résolution spectrale et un rapport signal/bruit très élevé. Ainsi, la détermination expérimentale des paramètres de raies par spectroscopie laser complète les informations obtenues par la spectroscopie à transformée de Fourier. Nous avons travaillé dans cette thèse sur la conception et la réalisation de plusieurs spectromètres basés sur des diodes-laser accordables et les applications de ces instruments pour la spectroscopie quantitative d’espèces d’intérêt atmosphérique. Nous avons réalisé quatre études différentes : Une étude pour mesurer les paramètres spectroscopiques (intensités, coefficients d’élargissement) de H2O dans l’infrarouge proche (au voisinage de 820 nm) en utilisant une diode laser à cavité externe (ECDL) et la technique de spectroscopie directe. Une étude d’intercomparaison des coefficients d’absorption de l’ozone entre deux régions spectrales : l’ultraviolet (270-290 nm) et l’infrarouge moyen (à 10 micron). Étude des paramètres spectroscopiques (positions, intensités, et coefficients d’élargissement) et limite de détection de NH3 simultanément par deux techniques différentes (spectroscopie d’absorption directe et spectroscopie photoacoustique) au voisinage de 1550 nm. La première mesure des coefficients d’élargissement par l’air de HO2 par la technique CRDS au voisinage de 1550 nm.
Author: Fabrice Bounaix
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Languages : fr
Pages : 212
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LE SUIVI DES PROCESSUS INDUSTRIELS, LE CONTROLE DES TENEURS EN GAZ A CARACTERE POLLUANT DANS L'ATMOSPHERE ET L'ETUDE DES REACTIONS CHIMIQUES REQUIERENT DES INSTRUMENTS CAPABLES DE DETECTER DE TRES FAIBLES TENEURS. LA SPECTROMETRIE D'ABSORPTION INFRAROUGE A DIODE LASER APPORTE UNE SOLUTION A CE PROBLEME EN PERMETTANT DES SENSIBILITES IMPORTANTES ET DES TEMPS DE REPONSE DE L'ORDRE DE LA MINUTE. CE MEMOIRE PRESENTE L'ETUDE ET LA REALISATION D'UN TEL SPECTROMETRE POUR LA DETECTION DE FAIBLES TENEURS EN VAPEUR D'EAU. CELUI-CI SE CARACTERISE PAR UNE SOURCE LASER A SEMICONDUCTEUR DU TYPE INGAASP AYANT UNE LONGUEUR D'ONDE D'EMISSION EGALE A 1,37 MICROMETRE, PAR L'UTILISATION D'UNE CELLULE MULTIPASSAGE DU TYPE HERRIOT AYANT UNE LONGUEUR TOTALE DE PASSAGE D'UNE VINGTAINE DE METRES, ENFIN PAR UN FAIBLE ENCOMBREMENT. LE SIGNAL D'ABSORPTION EST OBTENU PAR UN BALAYAGE RAPIDE EN LONGUEUR D'ONDE, REALISE EN MODULANT LE COURANT DE DIODE. UNE DOUBLE VOIE, MESURE ET REFERENCE, PERMET DE S'AFFRANCHIR DE LA VAPEUR D'EAU RESIDUELLE DANS LA TETE DE DETECTION. LE FAIBLE SIGNAL D'ABSORPTION EST CONVERTI APRES AMPLIFICATION EN UN SIGNAL NUMERIQUE PUIS MOYENNE SUR PLUSIEURS PASSAGES DANS LE BUT D'AMELIORER LE RAPPORT SIGNAL SUR BRUIT. LE MODE PRINCIPAL DE LA DIODE EST CENTRE SUR LA BANDE D'ABSORPTION SITUEE A 1,4 MICROMETRE CORRESPONDANT A UNE TRANSITION VIBRATIONNELLE HARMONIQUE. AVEC UN TEL DISPOSITIF NOUS AVONS MONTRE QU'IL ETAIT POSSIBLE DE DETECTER DES CONCENTRATIONS DE VAPEUR D'EAU DE L'ORDRE DE 100 PPB, AVEC UN SIGNAL SUR BRUIT DE 10. LA SENSIBILITE EST ESSENTIELLEMENT LIMITEE PAR DES INTERFERENCES PARASITES ET PAR L'UTILISATION D'UNE DIODE MULTIMODES. L'EMPLOI D'UNE SOURCE LASER MONOMODE (DIODE DFR OU DIODE A CAVITE EXTERNE) DEVRAIT PERMETTRE LA MESURE DE TENEUR EN H#2O INFERIEURES A 10 PPB. CETTE TECHNIQUE PEUT ETRE ETENDUE A LA DETECTION DE PETITES MOLECULES POSSEDANT DES LIAISONS X-H (X=C, N, O...)
Author: Eric de Borniol
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Languages : fr
Pages : 121
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Book Description
L'ETUDE DE L'ATMOSPHERE OU LE SUIVI DE PROCESSUS INDUSTRIELS NECESSITE DES INSTRUMENTS CAPABLES DE MESURER IN SITU ET DE FACON SELECTIVE DE FAIBLES CONCENTRATIONS DE GAZ. LA SPECTROMETRIE D'ABSORPTION PAR DIODE LASER INFRAROUGE REPOND A CE PROBLEME MAIS SA SENSIBILITE EST LIMITEE PAR LE BRUIT DE MESURE. LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE EST CONSACREE A L'ETUDE DES BRUITS LIMITANT LA SENSIBILITE DES METHODES DE SPECTROSCOPIE UTILISANT DES DIODE LASER AUX SELS DE PLOMB, ET AUX DIFFERENTES TECHNIQUES MISES EN UVRE POUR L'AMELIORER. LES FLUCTUATIONS DE PUISSANCE DE LA DIODE LASER ETANT LE FACTEUR LE PLUS LIMITANT POUR LA SENSIBILITE, L'ETUDE DU BRUIT RELATIF D'INTENSITE (OU RIN) D'UNE TELLE SOURCE A ETE REALISEE. CETTE ETUDE MONTRE QUE CE BRUIT PEUT ETRE DIMINUE EN FONCTION DES CONDITIONS EXPERIMENTALES ET QU'IL PRESENTE, DANS TOUT LES CAS, UNE DECROISSANCE AVEC LA FREQUENCE D'ANALYSE (BRUIT EN 1/F). LA SECONDE PARTIE DU MEMOIRE EST DEDIEE A LA CONCEPTION ET A L'EVALUATION DE LA SENSIBILITE ULTIME D'UN SPECTROMETRE D'ABSORPTION DIFFERENTIELLE A BALAYAGE RAPIDE. LA LONGUEUR D'ONDE D'EMISSION EST BALAYEE PERIODIQUEMENT AUTOUR D'UNE RAIE D'ABSORPTION MOLECULAIRE EN MODULANT LE COURANT INJECTE DANS LA DIODE. DEUX VOIES OPTIQUES DE MESURE L'UNE TRAVERSANT LE MILIEU ET L'AUTRE NON SONT SOUSTRAITES L'UNE A L'AUTRE AVANT LA NUMERISATION DU SIGNAL. LE SIGNAL EST ENSUITE MOYENNE SUR PLUSIEURS PERIODES. L'ETUDE DU FILTRE RESULTANT DU BALAYAGE SPECTRAL RAPIDE MONTRE QUE LE BRUIT EN 1/F PEUT ETRE FILTRE EN DIMINUANT LA PERIODE DE MODULATION. LA SOUSTRACTION DE DEUX VOIES ASSOCIE A UNE COURTE PERIODE DE BALAYAGE (0,1 MS) PERMETTENT D'ATTEINDRE UNE TRES GRANDE SENSIBILITE. L'ANALYSE DE SPECTRES D'ABSORPTION DE LA MOLECULE DE CO VERS 2054 CM 1 MONTRE QUE LE SPECTROMETRE REALISE PERMET DE MESURER UNE ABSORPTION RELATIVE DE LA PUISSANCE LASER DE 1,1.10 6 EN 54,5 MS. SA SENSIBILITE LIMITE, CALCULEE POUR UNE BANDE PASSANTE DE 1 HZ EST DE 7.10 8. CETTE SENSIBILITE EST PROCHE DE CELLE OBTENUE PAR LA TECHNIQUE ACTUELLEMENT LA PLUS SENSIBLE TELLE QUE LA SPECTROSCOPIE DE MODULATION HAUTE FREQUENCE.
Author: Monia Cheikh
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Category : Molecular spectroscopy
Languages : fr
Pages : 184
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Book Description
ONCI is an asymetric top stable in the gas phase. This molecule exhibits a low dissociation energy around 13000 cm-1, so its IR multiphoton dissociation can be undertaken .lt has three fundamental bands √ 1, √ 2 and √ 3 √ 1 is is around 1800 cm-1 and associated with the NO vibration. The CO laser has many coincidences with the √1 band. √2 and √3 modes are very low, around 596 and 332 cm-1 so ONCI exhibits a high level density at high vibrational energy.A multiline CO laser irradiation is used to excite ONCI in the √1 mode. The coupling between the √1 vibrational mode and the other modes may produce the ONCI dissociation.A good knowledge of the infrared spectroscopy, in high resolution, of ONCI is necessary. The study of the √1 band gave us spectral coïncidences between CO laser lines and absorption lines of ONCI. ln order to obtain better coïncidences we used a buffer gas : Argon, to broaden the ONCI lines.The √1 + √3 band recorded at the same times as √1 and the √2 + √3 band, which could be used in the excitation of the ONCI molecule with co2 laser, are analyzed.This spectroscopy study made possible to measure molecular constants of the (100), (101) and (011) vibrational level of ONCI. The experimental set-up, necessary to the photodissociation experience of ONCI is realized. We excited the ONCI-Ar mixture with a multiline CO laser to produce the dissociation. The products obtained were analyzed with an absorption infrared diode laser. We put in evidence an increase of NO absorption.
