LCQ à grande longueur d'onde pour la détection de BTEX et de Propane par QEPAS

La détection sensible et sélective des BTEX et du propane présente un grand intérêt pour les applications environnementales, biomédicales et pétrochimiques. Cependant, la détection de ces composés est compliquée à cause des interférences potentielles, soit entre eux, soit avec d'autres composés. Ce problème peut être résolu par la spectroscopie laser à de grandes longueurs d'onde (13-15 µm), où ils présentent des caractéristiques d'absorption très discriminantes. Pourtant, cette gamme spectrale est pratiquement inexplorée en raison du manque de sources appropriées. Cette thèse vise à combler cette lacune en développant des LCQ émettant à des grandes longueurs d'onde élevées et en exploitant le QEPAS pour une détection ultra-sensible et sélective.Un nouveau design est proposé pour améliorer les performances des LCQ à base d'InAs de grande longueurs d'onde. Cette conception nous a permis de démontrer une densité de courant de seuil record de 0,6 kA/cm2 à 300 K. En outre, une nouvelle technique d'isolation utilisant le SOG est également proposée pour améliorer les problèmes de stabilité du dispositif provoqués par l'altération des propriétés de l'isolation de la résine photosensible (généralement utilisée pour les QCL à base d'InAs) à des températures élevées. Par la suite, des QCL DFB monomodes avec un SMSR > 20 dB et une puissance de sortie optique de l'ordre du mW ont été développé, ciblant les lignes d'absorption de ces gaz. En utilisant ces lasers, un système de détection basé sur le QEPAS a été développé, calibré et caractérisé pour la détection du toluène, du benzène et du propane. Des limites de détection exceptionnellement basses de 113 ppb, 3 ppb et 3 ppm sont atteintes dans une matrice d'azote pur sur un temps d'intégration de 10 secondes. Le système conserve sa sélectivité et sa robustesse, même dans des mélanges de gaz complexes. Enfin, une QCL de 13,71 µm est couplée avec succès à un HCW, où les conditions optimales de couplage, la qualité du faisceau et la perte sont explorées. L'étude confirme la transmission efficace d'une telle longueur d'onde à travers le HCW avec une perte minimale et une qualité de faisceau spatial améliorée.Sensitive and selective sensing of BTEX and Propane is of great interest for environmental, biomedical, and petrochemical applications. However, detecting these compounds poses unique challenges due to potential interferences, either among themselves or from other compounds. This issue can be resolved by using laser spectroscopy in the long-wavelength mid-infrared spectral region (13-15 µm), where they exhibit highly discriminating absorption features. Yet, this wavelength range is almost unexplored due to the lack of suitable sources. This thesis aims to bridge this gap by developing high-performing long-wavelength QCLs and leveraging QEPAS for ultra-sensitive and selective detection.A novel design is proposed to improve the performance of long-wavelength InAs-based QCLs, which allowed us to demonstrate a record-breaking low threshold current density of 0.6 kA/cm2 at 300 K. Additionally, a novel insulation technique using SOG is also proposed to improve device stability issues provoked by the alteration of properties of photoresist insulation (typically used for InAs-based QCLs) at elevated temperatures. Subsequently, single-frequency DFB QCLs with SMSR > 20 dB and optical output power in the mW range operating in the continuous wave regime are developed, targeting the absorption lines of these gasses. Using these DFBs, a sensing system based on QEPAS is developed, calibrated, and characterized for Toluene, Benzene, and Propane detection. Exceptionally low detection limits of 113 ppb, 3 ppb, and 3 ppm are achieved in a pure nitrogen matrix over a 10-second integration time. The system maintains selectivity and robustness, even in complex gas mixtures. Finally, a 13.71 µm QCL is successfully coupled with a HCW, where optimal coupling conditions, beam quality, and loss are explored. The study confirms the efficient transmission of such wavelength through HCW with minimal loss and improved spatial beam quality

LCQ à grande longueur d'onde pour la détection de BTEX et de Propane par QEPAS

Sensitive and selective sensing of BTEX and Propane is of great interest for environmental, biomedical, and petrochemical applications. However, detecting these compounds poses unique challenges due to potential interferences, either among themselves or from other compounds. This issue can be resolved by using laser spectroscopy in the long-wavelength mid-infrared spectral region (13-15 µm), where they exhibit highly discriminating absorption features. Yet, this wavelength range is almost unexplored due to the lack of suitable sources. This thesis aims to bridge this gap by developing high-performing long-wavelength QCLs and leveraging QEPAS for ultra-sensitive and selective detection.A novel design is proposed to improve the performance of long-wavelength InAs-based QCLs, which allowed us to demonstrate a record-breaking low threshold current density of 0.6 kA/cm2 at 300 K. Additionally, a novel insulation technique using SOG is also proposed to improve device stability issues provoked by the alteration of properties of photoresist insulation (typically used for InAs-based QCLs) at elevated temperatures. Subsequently, single-frequency DFB QCLs with SMSR > 20 dB and optical output power in the mW range operating in the continuous wave regime are developed, targeting the absorption lines of these gasses. Using these DFBs, a sensing system based on QEPAS is developed, calibrated, and characterized for Toluene, Benzene, and Propane detection. Exceptionally low detection limits of 113 ppb, 3 ppb, and 3 ppm are achieved in a pure nitrogen matrix over a 10-second integration time. The system maintains selectivity and robustness, even in complex gas mixtures. Finally, a 13.71 µm QCL is successfully coupled with a HCW, where optimal coupling conditions, beam quality, and loss are explored. The study confirms the efficient transmission of such wavelength through HCW with minimal loss and improved spatial beam quality.La détection sensible et sélective des BTEX et du propane présente un grand intérêt pour les applications environnementales, biomédicales et pétrochimiques. Cependant, la détection de ces composés est compliquée à cause des interférences potentielles, soit entre eux, soit avec d'autres composés. Ce problème peut être résolu par la spectroscopie laser à de grandes longueurs d'onde (13-15 µm), où ils présentent des caractéristiques d'absorption très discriminantes. Pourtant, cette gamme spectrale est pratiquement inexplorée en raison du manque de sources appropriées. Cette thèse vise à combler cette lacune en développant des LCQ émettant à des grandes longueurs d'onde élevées et en exploitant le QEPAS pour une détection ultra-sensible et sélective.Un nouveau design est proposé pour améliorer les performances des LCQ à base d'InAs de grande longueurs d'onde. Cette conception nous a permis de démontrer une densité de courant de seuil record de 0,6 kA/cm2 à 300 K. En outre, une nouvelle technique d'isolation utilisant le SOG est également proposée pour améliorer les problèmes de stabilité du dispositif provoqués par l'altération des propriétés de l'isolation de la résine photosensible (généralement utilisée pour les QCL à base d'InAs) à des températures élevées. Par la suite, des QCL DFB monomodes avec un SMSR > 20 dB et une puissance de sortie optique de l'ordre du mW ont été développé, ciblant les lignes d'absorption de ces gaz. En utilisant ces lasers, un système de détection basé sur le QEPAS a été développé, calibré et caractérisé pour la détection du toluène, du benzène et du propane. Des limites de détection exceptionnellement basses de 113 ppb, 3 ppb et 3 ppm sont atteintes dans une matrice d'azote pur sur un temps d'intégration de 10 secondes. Le système conserve sa sélectivité et sa robustesse, même dans des mélanges de gaz complexes. Enfin, une QCL de 13,71 µm est couplée avec succès à un HCW, où les conditions optimales de couplage, la qualité du faisceau et la perte sont explorées. L'étude confirme la transmission efficace d'une telle longueur d'onde à travers le HCW avec une perte minimale et une qualité de faisceau spatial améliorée

Benzene sensing by Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy at 14.85 µm

International audienceBenzene is a gas known to be highly pollutant for the environment, for the water and cancerogenic for humans. In this paper, we present a sensor based on Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy dedicated to benzene analysis. Exploiting the infrared emission of a 14.85 µm quantum cascade laser, the sensor is working in an off-beam configuration, allowing easy alignment and stable measurements. The technique provides a very good selectivity to the sensor and a limit of detection of 30 ppbv in 1 s, i.e. a normalized noise equivalent absorption of 1.95 × 10 −8 W.cm −1 .Hz −1/2. The achieved performances of the sensor have enabled measurements on several air samples of a gas station showing a non-neglectable risk in case of long exposure

InAs-Based Quantum Cascade Lasers with Extremely Low Threshold

We report InAs-based quantum cascade lasers (QCLs) operating near 14 µm with a threshold current density Jth as low as 0.6 kA/cm2 at room temperature. The threshold obtained is lower than the Jth of the best reported InP-based QCLs to date without facet treatment. The achieved performance improvement is partially due to an increased separation between the upper transition level and the next one in the active quantum wells of the employed QCL design

Virtual reality distraction: A novel behaviour management technique

Virtual reality distraction (VRD) is developing technologies for behavior management that can assist a child in adjusting to the dental setting and provide high-quality dental care. The purpose of this literature is to shed light on VRD and its application to the treatment of pediatric dental patients

InAs-Based Quantum Cascade Lasers with Extremely Low Threshold

We report InAs-based quantum cascade lasers (QCLs) operating near 14 µm with a threshold current density Jth as low as 0.6 kA/cm2 at room temperature. The threshold obtained is lower than the Jth of the best reported InP-based QCLs to date without facet treatment. The achieved performance improvement is partially due to an increased separation between the upper transition level and the next one in the active quantum wells of the employed QCL design

Foreign Body Ingestion in Children: An Experience of 99 Cases in a Tertiary Care Center in Delhi

Background: Accidental ingestion of foreign bodies in children is critical, as the inability to effectively communicate can potentially lead to devastating consequences. We aimed to determine the epidemiology of foreign body ingestion and variability according to age, gender, type, and location of foreign body, and describe its management. Aim and Objective: The aim was to study the various types of foreign body ingestions in children admitted to pediatric surgery and their management. Materials and Methods: A retrospective study was conducted from January 2020 to June 2022 on children under the age of 12 years with a confirmed diagnosis of foreign body ingestion. Patients were clinically and radiologically assessed, after which standard protocols were followed wherein patients were followed by either observation or emergent management. Emergent management included removal of the foreign body by either endoscopy or surgery. Comparisons among multiple age groups, gender, type of foreign body, location of foreign body, and their management were analyzed. Results: Out of 99 subjects in our study, there were 76 boys and 23 girls. The median age of presentation was 5 years. Most children were asymptomatic at presentation. The most frequently ingested foreign body was a coin in all age groups. The majority of the foreign bodies were suspected to be in the small bowel. The foreign bodies that had crossed the duodenojejunal flexure (n = 74, 74.7%) were managed conservatively with the observation of a variable period of a minimum of 24 h and a maximum of 48 h. 21 cases were managed by endoscopic removal, while three cases required surgical intervention. Conclusions: Overall, the most common gastrointestinal foreign body was a coin in all age groups. Button battery is the most worrisome foreign body; however, depending on its position, it can be managed conservatively. Upper GI foreign bodies can be safely removed endoscopically. Parental counseling is very important for the prevention of ingestion of foreign bodies