CHARACTERIZATION OF A TUNABLE UV LASER SOURCE AT 308 NM FOR OZONE SPECTROSCOPY
CARACTÉRISATION D’UNE SOURCE LASER UV ACCORDABLE A 308 NM POUR LA SPECTROSCOPIE DE L'OZONE
Résumé
Atmospheric ozone measurements are largely influenced by spectroscopic data covering various spectral ranges, particularly in the UV. Laboratory measurements conducted at 325 nm suggest that the currently recommended cross-sections for atmospheric sounding may be biased by a few percent in the Huggins band region [1]. Since this wavelength range is used by various ozone measurement platforms, such as stratospheric LIDAR at 308 nm, Brewer and Dobson spectrophotometers, and various satellite missions, we propose to revisit the ozone cross-section in this spectral range using a laser method. Laser spectroscopy enables spectral resolution and frequency control that are difficult to achieve with traditional spectroscopic methods.
We envision a study based on two different laser systems. The first source is configured with a narrow range from 307.8 nm to 308.2 nm, suitable for stratospheric LIDAR applications. The second source is designed to be broadly tunable between 308 nm and 318 nm, making it suitable for spectroscopic measurements and enabling extensive exploration of the spectral range.
The current presentation will focus on the first system. Using Sum Frequency Generation (SFG) techniques, the laser system can emit monochromatic light in the wavelength range from 307.8 nm to 308.2 nm. We will present the system setup and characterize its tunability, spectral resolution, and power. The UV source is generated by frequency summing a blue laser at 441.6 nm and a tunable infrared laser source around 1 µm. The output power of the latter is amplified using a Ytterbium-doped fiber amplifier. The two signals are combined with a dichroic mirror, and the frequency sum is generated with a BBO crystal.
Our goal is to achieve an uncertainty in the ozone absorption cross-section of less than 1%, which will help reduce uncertainties in the ozone molecule cross-sections in this wavelength range.
This work was supported by the ANR (ALPHA-O3 project, under number ANR-22-CE01-0007) and the national LEFE (Les Enveloppes Fluides et l'Environnement) program of INSU-CNRS.
[1] Janssen et al., Atmos. Meas. Tech. 11, 1707-1723 (2018). Doi: 10.5194/amt-11-1707-2018
Les mesures de l'ozone atmosphérique sont largement influencées par les données spectroscopiques couvrant diverses gammes spectrales, en particulier dans l'UV. Des mesures de laboratoire réalisées à 325 nm laissent suggérer que les sections efficaces actuellement recommandées pour le sondage atmosphérique pourraient être biaisées de quelques pourcents dans la région de la bande de Huggins [1]. Étant donné que cette région de longueur d'onde est utilisée par différentes plates-formes de mesure de l'ozone, telles que les LIDAR stratosphériques à 308 nm, les spectrophotomètres Brewer et Dobson, et diverses missions satellitaires, nous proposons de revisiter la section efficace de l’ozone dans cette gamme spectrale par méthode laser. La spectroscopie laser permet d’obtenir une résolution spectrale et un contrôle de fréquence difficilement atteignable avec des méthodes spectroscopiques traditionnelles.
Nous envisageons une étude basée sur deux systèmes laser différents. La première source est configurée avec une plage étroite de 307.8 nm à 308.2 nm, adaptée aux applications du LIDAR stratosphérique. Quant à la seconde source, elle est conçue pour être largement accordable entre 308 nm et 318 nm, ce qui la rend adaptée pour les mesures spectroscopiques et permet une exploration étendue de la gamme spectrale.
La présentation actuelle ciblera le premier système. En utilisant des techniques de génération de somme de fréquences (SFG), le système laser est capable d'émettre de la lumière monochromatique dans une gamme de longueurs d'onde allant de 307.8 nm à 308.2 nm. Nous présenterons le montage du système et en caractériserons l'accordabilité, la résolution spectrale et la puissance. La source UV est réalisée par somme de fréquence d’un laser bleu à 441.6 nm et une source laser accordable dans l'infrarouge autour de 1µm. La puissance de sortie de cette dernière est amplifiée grâce à un amplificateur à fibre dopée Ytterbium. Les deux signaux sont combinés avec une lame dichroïque, et la somme de fréquence est réalisée avec un cristal de BBO.
Notre objectif est de parvenir à une incertitude sur la section efficace d'absorption de l'ozone inférieure à 1 % ce qui permettra de réduire les incertitudes des sections efficaces des molécules d'ozone dans cette gamme de longueurs d’onde.
Ce travail a bénéficié du soutien de l'ANR (projet ALPHA-O3, sous numéro ANR-22-CE01-0007) et du programme national LEFE (Les Enveloppes Fluides et l'Environnement) de l'INSU-CNRS.
[1] Janssen et al., Atmos. Meas. Tech. 11, 1707-1723 (2018). Doi: 10.5194/amt-11-1707-2018
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