Détection, quantification et cinétique TéraHertz de molécules d'intérêt atmosphérique

Cette thèse évolue selon trois axes de recherche. La première partie présente des travaux de spectroscopie TéraHertz (THz) de COV réalisés à l'aide du spectromètre THz par technique de photomélange, ce dernier rendant accessible la région spectrale 0,3-3 THz à haute résolution. Ces travaux concernent l'amélioration de paramètres moléculaires du formaldéhyde (H CO) obtenue grâce à la mise en oeuvre d'un système de métrologie performant reposant sur l'utilisation d'un peigne de fréquence. La très haute résolution de ce spectromètre a également permis un travail de collaboration efficace avec différents laboratoires concernant la détermination de coefficients d'élargissement du chlorure de méthyle (CH Cl). La deuxième partie montre la possibilité de détection de radicaux légers par technique de photomélange au travers d'études concernant les radicuax hybroxyle (OH) et mercaptan (SH). La très haute résolution de notre spectromètre donne accès à leur structure hyperfine avec des précision encore inégalées dans la région 1-3 THz. Cette partie illustre également l'intérêt de notre collaboration avec la ligne AILES du synchrotron SOLEIL et démontre la grande complémentarité entre le spectromètre photo-mélange et l'interféromètre couplée au rayonnement synchrotron. La dernière partie présente l'initiation au sein du groupe THz d'une étude cinétique effectuée grâce à une chaîne par multiplication de fréquence. Cette étude concerne concerne la photolyse de H CO. S'ajoute à ceci une étude visant à caractériser le rayonnement THz en présence d'aérosols de chlorure de sodium hydratés.This thesis covers three research areas. The first is the THz spectroscopy of VOCs using a THz spectrometer based on photomixing, the latter making it possible access the 0.3-3 THz spectral region with high resolution. This work concerns the improvement of molecular parameters of formaldehyde (H CO) obtained through the implementation of metrology system using a frequency comb. The high resolution of spectrometer has also demonstrated its utility effectively together with various laboratories for the determination of broadening-coefficicents of the methyl chloride (CH Cl). The second topic shows the detection of small radicals by photomixing through studies of hydroxyl (OH) and mercaptan (SH) radicals. The high resolution of our spectrometer provides access to their hyperfine structure with details unmatched in the 1-3 THz region. This section also illustrates the importance of our partnership with the AILES beamline of the SOLEIL synchrotron and demonstrates the complementary between the photomixing-spectrometer and the interferometer coupled to synchrotron radiation. The last section presents the initiation of a kinetic study in the THz group performed with a frequency multiplication chain. This study concerns the photolysis of the H CO. Accompanied by a study to characterize the THz radiation in the presence of sodium chloride aerosols hydrated.DUNKERQUE-SCD-Bib.electronique (591839901) / SudocSudocFranceF

High-resolution THz gain measurements in optically pumped ammonia

This study is aimed at the evaluation of THz gain properties in an optically pumped NH3 gas. NH3 molecules undergo rotational-vibrational excitation by mid-infrared (MIR) optical pumping provided by a MIR quantum cascade laser (QCL) which enables precise tuning to the NH3 infrared transition around 10.3 mu m. Pure inversion transitions, (J = 3, K = 3) at 1.073 THz and (J = 4, K = 4) at 1.083 THz were selected. The THz measurements were performed using a THz frequency multiplier chain. The results show line profiles with and without optical pumping at different NH3 pressures, and with different MIR tuning. The highest gain at room temperature under the best conditions obtained during single pass on the (3,3) line was 10.1 dBxm(-1) at 26 mu bar with a pumping power of 40 mW. The (4,4) line showed lower gain of 6.4 dBxm(-1) at 34 mu bar with a pumping power of 62 mW. To our knowledge these THz gains are the highest measured in a continuous-wave MIR pumped gas.Web of Science2616212482124

Analysis of self-broadened pure rotational and rovibrational lines of methyl chloride at room temperature

International audienceRovibrational absorption spectra of methyl chloride in the spectral region between 2800 and 3200 cm 1 were recorded with a high-resolution Fourier spectrometer. A multispectrum fitting procedure was used to analyze 527 transitions of the ν1 band and to retrieve the self-broadening coefficients for various J- and K-values with an estimated accuracy around 8%. Pure rotational transitions of CH3Cl in the submillimeter/terahertz region (0.2-1.4 THz) were also investigated using two complementary techniques of frequency-multiplication and continuous-wave photomixing. 43 pure rotational self-broadening coefficients were extracted with the accuracy between 3 and 5%. The whole set of measured values was used to model the J- and K-rotational dependences of the self-broadening coefficients by second-order polynomials. In addition, semi-classical calculations were performed, based on the real symmetric-top geometry of the active molecule, an intermolecular potential model including not only the dominant electrostatic but also the short-range forces, as well as on an exact classical treatment of the relative translational motion of the colliding partners. Comparison of all experimental and theoretical results shows similar rotational dependences and no significant vibrational dependence, so that extrapolations to other spectral regions should be straightforward

Détection, quantification et cinétique TéraHertz de molécules d'intérêt atmosphérique

This thesis covers three research areas. The first is the THz spectroscopy of VOCs using a THz spectrometer based on photomixing, the latter making it possible access the 0.3-3 THz spectral region with high resolution. This work concerns the improvement of molecular parameters of formaldehyde (H₂CO) obtained through the implementation of metrology system using a frequency comb. The high resolution of spectrometer has also demonstrated its utility effectively together with various laboratories for the determination of broadening-coefficicents of the methyl chloride (CH₃Cl). The second topic shows the detection of small radicals by photomixing through studies of hydroxyl (OH) and mercaptan (SH) radicals. The high resolution of our spectrometer provides access to their hyperfine structure with details unmatched in the 1-3 THz region. This section also illustrates the importance of our partnership with the AILES beamline of the SOLEIL synchrotron and demonstrates the complementary between the photomixing-spectrometer and the interferometer coupled to synchrotron radiation. The last section presents the initiation of a kinetic study in the THz group performed with a frequency multiplication chain. This study concerns the photolysis of the H₂CO. Accompanied by a study to characterize the THz radiation in the presence of sodium chloride aerosols hydrated.Cette thèse évolue selon trois axes de recherche. La première partie présente des travaux de spectroscopie TéraHertz (THz) de COV réalisés à l'aide du spectromètre THz par technique de photomélange, ce dernier rendant accessible la région spectrale 0,3-3 THz à haute résolution. Ces travaux concernent l'amélioration de paramètres moléculaires du formaldéhyde (H₂CO) obtenue grâce à la mise en oeuvre d'un système de métrologie performant reposant sur l'utilisation d'un peigne de fréquence. La très haute résolution de ce spectromètre a également permis un travail de collaboration efficace avec différents laboratoires concernant la détermination de coefficients d'élargissement du chlorure de méthyle (CH₃Cl). La deuxième partie montre la possibilité de détection de radicaux légers par technique de photomélange au travers d'études concernant les radicuax hybroxyle (OH) et mercaptan (SH). La très haute résolution de notre spectromètre donne accès à leur structure hyperfine avec des précision encore inégalées dans la région 1-3 THz. Cette partie illustre également l'intérêt de notre collaboration avec la ligne AILES du synchrotron SOLEIL et démontre la grande complémentarité entre le spectromètre photo-mélange et l'interféromètre couplée au rayonnement synchrotron. La dernière partie présente l'initiation au sein du groupe THz d'une étude cinétique effectuée grâce à une chaîne par multiplication de fréquence. Cette étude concerne concerne la photolyse de H₂CO. S'ajoute à ceci une étude visant à caractériser le rayonnement THz en présence d'aérosols de chlorure de sodium hydratés

Detection, quantification and terahertz kinetic of molecules with an atmospheric interest

Cette thèse évolue selon trois axes de recherche. La première partie présente des travaux de spectroscopie TéraHertz (THz) de COV réalisés à l'aide du spectromètre THz par technique de photomélange, ce dernier rendant accessible la région spectrale 0,3-3 THz à haute résolution. Ces travaux concernent l'amélioration de paramètres moléculaires du formaldéhyde (H₂CO) obtenue grâce à la mise en oeuvre d'un système de métrologie performant reposant sur l'utilisation d'un peigne de fréquence. La très haute résolution de ce spectromètre a également permis un travail de collaboration efficace avec différents laboratoires concernant la détermination de coefficients d'élargissement du chlorure de méthyle (CH₃Cl). La deuxième partie montre la possibilité de détection de radicaux légers par technique de photomélange au travers d'études concernant les radicuax hybroxyle (OH) et mercaptan (SH). La très haute résolution de notre spectromètre donne accès à leur structure hyperfine avec des précision encore inégalées dans la région 1-3 THz. Cette partie illustre également l'intérêt de notre collaboration avec la ligne AILES du synchrotron SOLEIL et démontre la grande complémentarité entre le spectromètre photo-mélange et l'interféromètre couplée au rayonnement synchrotron. La dernière partie présente l'initiation au sein du groupe THz d'une étude cinétique effectuée grâce à une chaîne par multiplication de fréquence. Cette étude concerne concerne la photolyse de H₂CO. S'ajoute à ceci une étude visant à caractériser le rayonnement THz en présence d'aérosols de chlorure de sodium hydratés.This thesis covers three research areas. The first is the THz spectroscopy of VOCs using a THz spectrometer based on photomixing, the latter making it possible access the 0.3-3 THz spectral region with high resolution. This work concerns the improvement of molecular parameters of formaldehyde (H₂CO) obtained through the implementation of metrology system using a frequency comb. The high resolution of spectrometer has also demonstrated its utility effectively together with various laboratories for the determination of broadening-coefficicents of the methyl chloride (CH₃Cl). The second topic shows the detection of small radicals by photomixing through studies of hydroxyl (OH) and mercaptan (SH) radicals. The high resolution of our spectrometer provides access to their hyperfine structure with details unmatched in the 1-3 THz region. This section also illustrates the importance of our partnership with the AILES beamline of the SOLEIL synchrotron and demonstrates the complementary between the photomixing-spectrometer and the interferometer coupled to synchrotron radiation. The last section presents the initiation of a kinetic study in the THz group performed with a frequency multiplication chain. This study concerns the photolysis of the H₂CO. Accompanied by a study to characterize the THz radiation in the presence of sodium chloride aerosols hydrated

La spectroscopie térahertz: électrons et vibrations

Les progrès technologiques ces dernières décennies ont fait croître de façon exponentielle l’utilisation de la spectroscopie TéraHertz. Cette gamme spectrale (1 THz = 1012 Hz) permet de sonder et caractériser les phénomènes physiques à basse énergie, où de nombreux processus élémentaires dans la matière, tels que l’interaction des électrons, des spins, des phonons et les modes de rotation moléculaire, présentent des résonances avec une dynamique (sub)-picoseconde. Cette approche trouve des applications prometteuses en physique, chimie, astronomie et médecine

Broadband super-resolution Terahertz Time domain spectroscopy applied to Gas analysis

Terahertz (THz) Time domain spectroscopy (THz-TDS) is a broadband spectroscopic technique spreading its uses in multiple fields: in science from material science to biology, in industry where it measures the thickness of a paint layer during the painting operation. Using such practical commercial apparatus with broad spectrum for gas spectroscopy could be a major asset for air quality monitoring and tracking of atmospheric composition. However, gas spectroscopy needs high resolution and the usual approach in THz-TDS, where the recorded time trace is Fourier transform, suffers from resolution limitation due to the size of the delay line in the system. In this letter, we introduce the concept of constraint reconstruction for super-resolution spectroscopy based on the modeling of the spectroscopic lines in a sparse spectrum. Light molecule gas typically shows sparse and narrow lines on a broad spectrum and we propose an algorithm reconstructing these lines with a resolution improvement of 10 the ultimate resolution reachable by the apparatus. We envision the proposed technique to lead to broadband, selective, rapid and cheap gas monitoring applications

Super resolution spectroscopy for THz-TDS: application to gas spectroscopy

International audienceTime Domain Spectroscopy resolution is usually limited by the Fourier Heisenberg criteria (FHC) coming from the length of the delay line. We will present a method to exploit THz-TDS spectra providing a 10-fold resolution improvement reaching 120 MHz for width measurements. These results were obtained by modeling and the implementation of a constraint reconstruction algorithm. We tested the methods on temporal traces from gaseous NH3 and were in very good agreement with the values from literature [1] down to a pressure of 5 mbar