La détection de gaz traces basée sur la spectroscopie d’absorption laser (LAS) est une technique puissante en raison de sa sensibilité et de sa sélectivité élevées, et elle est largement utilisée dans de nombreux domaines. La plupart des travaux actuels sont réalisés à l’aide d’un laser monofréquence ciblant une seule espèce. L’étude de l’interaction entre les différents composants nécessite une mesure simultanée de plusieurs espèces, ce qui reste un défi.
Récemment, le professeur Wang Qiang de l’Institut d’optique, de mécanique fine et de physique de Changchun (CIOMP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) et le professeur Ren Wei de l’Université chinoise de Hong Kong ont développé un capteur de gaz traceur avec un configuration tout-fibre et réalisé une interrogation multi-gaz simultanée au prix d’un analyte inférieur à μL seulement. L’étude a été publiée dans Capteurs et actionneurs B : Chimique.
Cette technique a été réalisée en mélangeant la spectroscopie photothermique (PTS), une méthode qui répond à la détection de l’indice de réfraction de l’analyte en phase gazeuse, et le multiplexage par répartition en fréquence (FDM), une stratégie qui module le gaz en pompant différentes espèces à des fréquences distinctes. Une fibre à noyau creux avec un diamètre de champ de mode de taille μm fonctionnait comme une chambre à gaz flexible pour fournir une intensité lumineuse considérablement accrue, une interaction lumière-molécule très efficace, ainsi qu’un interféromètre Fabry-Perot en ligne.
Trois lasers à diodes avec des longueurs d’onde centrales situées en bande C, en bande L et en bande U ont été intégrés pour interroger simultanément C2H2, CO2 et CH4. La mesure simultanée de plusieurs espèces a été démontrée par la détection d’échantillons de C2H2, CO2 et CH4 dans une fibre à âme creuse d’un centimètre de long, qui a une consommation totale de seulement 0,17 μL. Quatre cas prédéfinis avec différentes concentrations d’échantillons ont été préparés en diluant les échantillons avec du N2 pur. Les courbes de réponse correspondantes attendues ont été obtenues.
Les chercheurs ont également démontré expérimentalement les performances de ce capteur compact tout fibre, qui atteint une limite de détection minimale de 2,5 ppb (parties par milliard), 21 ppm (parties par million) et 200 ppb pour C2H2, CO2 et CH4, respectivement, et une bonne plage dynamique linéaire de trois à cinq ordres de grandeur.
Les caractéristiques uniques de haute sensibilité, de faible consommation de gaz et de taille compacte font du capteur un outil polyvalent pour une analyse précise des gaz.
Zhen Wang et al, Détection photothermique multi-espèces dans une fibre à âme creuse avec multiplexage par répartition en fréquence, Capteurs et actionneurs B : Chimique (2022). DOI : 10.1016/j.snb.2022.132333