1. Infrared sulfide fibers for all-optical gas detection
- Author
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Jean-Louis Doualan, R. Chahal, Florent Starecki, J. Ari, Karine Michel, Bruno Bureau, Catherine Boussard-Plédel, Patrice Camy, Virginie Nazabal, Alain Braud, A.L. Pelé, Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), Digonnet M.J.F.Jiang S., Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
- Subjects
Optical fiber ,Materials science ,Chalcogenide glasses ,Infrared ,Phonon ,Chalcogenide ,02 engineering and technology ,01 natural sciences ,Signal ,law.invention ,010309 optics ,chemistry.chemical_compound ,law ,0103 physical sciences ,[CHIM]Chemical Sciences ,Rare-earth ,Astrophysics::Galaxy Astrophysics ,business.industry ,Sensors ,Doping ,Detector ,021001 nanoscience & nanotechnology ,chemistry ,Carbon dioxide ,Optoelectronics ,Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics ,0210 nano-technology ,business ,Methane ,Visible spectrum - Abstract
International audience; A review of our work on all-optical gas sensors is presented with an emphasis on the development of both new infrared (IR) sources and IR to visible converters. Many radicals spectroscopic signatures associated to gases of interest are in the 2.5 -15 μm spectral range (4000-350 cm-1). This spectral domain matches rare-earth ions emissions when embedded into chalcogenide glasses which are well- known for having low phonon energies. We present here results concerning the development of IR sources and IR to visible converters based on rare earth doped chalcogenide fibers. The development of all-optical gas sensors in the 3 to 5 μm spectral range is described showing IR signal conversion into visible light using specific excited state absorption mechanisms in rare earth doped materials. This wavelength conversion enables the use of silica fibers to transport the "gas" signal over large distances considerably increasing the scope of possible applications. An example of all-optical sensor using this photon conversion is presented in the case of CO2 detection. The implementation of this type of sensor for different gases such as methane is finally discussed. This all-optical sensor can be typically used over a kilometer range, with sensitivity around hundreds of ppm with cost effective detection heads, making this tool suitable for field operations. Finally, the photon conversion at the heart of this all-optical sensor is discussed as a general mean to detect infrared radiations avoiding the use of infrared detectors for a large span of applications. © 2018 SPIE.
- Published
- 2018
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