Note publique d'information : Le développement de nouveaux outils de diagnostic optique est nécessaire pour analyser
de manière plus rapide et plus sensible les écoulements réactifs transitoires. La
Cavity Ring Down Spectroscopy en régime continu (cw-CRDS) présente un fort potentiel
pour répondre à ces attentes. Les dispositifs actuels sont toutefois assez complexes
et offrent des cadences d'acquisition limitées. L'objectif de cette étude est de développer
une cw-CRDS plus rapide et plus simple, adaptée à la métrologie des écoulements transitoires
produits dans des installations de type soufflerie ou chambre de combustion. Le schéma
de cw-CRDS proposé repose sur l'injection de la cavité au cours d'un balayage rapide
et continu de la fréquence du laser, sans extinction optique et sans moyenne des signaux.
Après avoir modélisé les événements de Ring Down obtenus par passage en résonance
du laser, la technique est validée expérimentalement en enregistrant des profils de
raie d'absorption du dioxygène autour de 766.7 nm en moins de 2 ms. Les résultats
de l'implantation de la CRDS rapide en soufflerie hypersonique sont également présentés.
Ensuite, nous étudions une nouvelle approche destinée à augmenter la résolution spectrale
du dispositif. La méthode repose sur l'utilisation d'un balayage simultané du laser
et de la cavité. Les gains en résolution accessibles sont évalués théoriquement puis
expérimentalement. Finalement, nous explorons la faisabilité de mesures locales par
cw-CRDS rapide, en vue de la caractérisation de milieux inhomogènes.
Note publique d'information : The development of new optical sensing tools is needed to perform faster and more
sensitive analysis of transient reactive flows. Continuous wave Cavity Ring Down Spectroscopy
(cw-CRDS) offers a great potential to fulfil these requirements. The current devices
exhibit high sensitivity, in spite of a relative complexity and limited acquisition
rates. The aim of this study is thus to develop a faster and simpler cw-CRDS scheme,
in order to use the technique for the metrology of transient flows produced in research
or industrial installations (wind tunnels, combustion systems, exhaust ducts). The
cw-CRDS design which is proposed is based on the cavity injection during a rapid and
continuous tuning of the laser frequency, without any optical switch or averaging
procedures of the signals. After simulating the Ring Down events that are obtained
during a pass of the laser through resonance, our strategy is validated by recording
experimental O2 absorption line profiles near 766.7 nm. A 1.1 10-9-cm-1-Hz-1/2 detection
limit is obtained. The results of the integration of fast cw-CRDS in hypersonic wind
tunnels are also shown. Then, we present a new approach to increase the spectral resolution
of fast cw-CRDS and obtain well-defined absorption line profiles at low pressure.
The method employs a simultaneous sweep of the laser and the cavity. The obtainable
gains are evaluated theoretically and experimentally. Finally, we explore the potential
application of fast cw-CRDS to make local measurements and characterize inhomogeneous
media.
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