Evidence for speed-dependent effects in NH3 self-broadened spectra: towards a new determination of the Boltzmann constant

In this paper we present an accurate analysis of the shape of an isolated rovibrational ammonia line from the strong nu2 band around 10 $\mu$m, recorded by laser absorption spectroscopy. Experimental spectra obtained under controlled temperature and pressure, are confronted to various models that take into account Dicke narrowing or speed-dependent effects. Our results show clear evidence for speed-dependent broadening and shifting, which had never been demonstrated so far in NH3. Accurate lineshape parameters of the nu2 saQ(6,3) line are obtained. Our current project aiming at measuring the Boltzmann constant, kB, by laser spectroscopy will straight away benefit from such knowledge. We anticipate that a first optical determination of kB with a competitive uncertainty of a few ppm is now reachable.Comment: 13 pages, 5 figures, 1 tabl

A revised uncertainty budget for measuring the Boltzmann constant using the Doppler Broadening Technique on ammonia

We report on our on-going effort to measure the Boltzmann constant, kB, using the Doppler Broadening Technique. The main systematic effects affecting the measurement are discussed. A revised error budget is presented in which the global uncertainty on systematic effects is reduced to 2.3 ppm. This corresponds to a reduction of more than one order of magnitude compared to our previous Boltzmann constant measurement. Means to reach a determination of kB at the part per million accuracy level are outlined

Contrôle structurel de matériaux composites par imagerie polarimétrique TéraHertz

Les matériaux composites constitués d'une matrice de polymère renforcée avec des fibres présentent des propriétés mécaniques particulièrement attractives. Ainsi leur utilisation dans différentes industries, telles que l'automobile et l'aéronautique s'est considérablement accrue ces dernières années. Or les performances et la durabilité de ces matériaux dépendent en partie de la distribution des fibres à l'intérieur de ceux-ci. C'est pourquoi la possibilité de fabriquer des pièces de structure en matériaux composites dépend de la capacité à contrôler la présence de défauts internes liés à l'orientation des fibres qui pourraient affecter leur durabilité. Par exemple, dans le cas de pièces issues de l'injection plastique de fibres coupées, l'orientation des fibres affecte la réponse à une sollicitation mécanique. En effet, une orientation aléatoire des fibres entraine des propriétés mécaniques isotropes. En revanche, lorsqu'elles s'arrangent selon une direction privilégiée, les propriétés mécaniques changent avec la direction considérée. Cela peut être source de fragilité pour une pièce soumise à une sollicitation mécanique.  Dans ce cadre, l'imagerie polarimétrique térahertz présente un grand intérêt. Les ondes TéraHertz (THz) sont un rayonnement électromagnétique non ionisant présentant de très bonnes capacités de pénétration dans les matériaux diélectriques (polymères, élastomères, céramiques et verres...) ainsi qu'une grande sensibilité de détection. L'imagerie THz est donc particulièrement adaptée au contrôle non destructif des matériaux composites. La société Terahertz Waves Technologies a développé une technique d'imagerie polarimétrique pour la caractérisation de pièces en matériaux composites dans le cadre de problématiques industrielles. Elle met à profit la mesure de l'état de polarisation d'une onde THz pour caractériser l'anisotropie des matériaux. Cette anisotropie, qui peut être structurelle ou induite, modifie l'état de polarisation de l'onde THz lors de la traversée du matériau. L'analyse de l'état de polarisation de l'onde THz transmise permet ainsi de réaliser une cartographie de l'anisotropie d'un échantillon, c'est à dire d'avoir en chaque point une orientation préférentielle et un taux d'alignement des fibres. Ainsi, l'imagerie polarimétrique THz représente un complément et/ou une alternative à la radiographie par rayons X. Elle permet notamment d'inspecter rapidement des pièces de grandes dimensions et donne une information quantitative sur l'orientation des fibres. Dans cette étude, nous présentons des résultats obtenus sur différentes problématiques liées à la mise en forme de matériaux composites. Nous nous intéressons à l'influence du moule, dans le cas de pièces réalisées par injection, et à l'influence des procédés de mise en forme et de perçage, dans le cas de pièces réalisées à partir de renforts tissés. De plus, nous comparons les résultats obtenus avec des mesures réalisées par radiographie X

Accurate determination of the Boltzmann constant by Doppler spectroscopy: Towards a new definition of the kelvin

proceedings of the ICAP 2012 conference (23rd International Conference on Atomic Physics)International audienceAccurate molecular spectroscopy in the mid-infrared region allows precision measurements of fundamental constants. For instance, measuring the linewidth of an isolated Doppler-broadened absorption line of ammonia around 10 µm enables a determination of the Boltzmann constant k B. We report on our latest measurements. By fitting this lineshape to several models which include Dicke narrowing or speed-dependent collisional effects, we find that a determination of k B with an uncertainty of a few ppm is reachable. This is comparable to the best current uncertainty obtained using acoustic methods and would make a significant contribution to any new value of k B determined by the CODATA. Furthermore, having multiple independent measurements at these accuracies opens the possibility of defining the kelvin by fixing k B , an exciting prospect considering the upcoming redefinition of the International System of Units

Pacifica: Poetry International: Revolutions in Tunisian Poetry

A collection of contemporary poetry from Tunisia, including poems in translation with their French and Arabic original texts

Cavités optiques de haute finesse pour la mesure de composés à l'état de trace en phase gazeuse

The work described in this thesis is mainly dedicated to the measurement of trace concentrations in the gas phase by high sensitivity absorption spectroscopy in the infrared and visible regions. Different spectral sources have been employed: Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Lasers (VECSELs), External-Cavity Diode Lasers (ECDLs) and broad-band emission Light Emitting Diodes (LEDs). Two techniques have been applied: OF-CEAS (Optical-Feedback Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy) and IBB-CEAS (Incoherent Broadband-Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy).First, the notions required for the comprehension of these techniques are presented. Then, we describe the development of an IBB-CEAS system based on a LED source emitting at 643\,nm, adapted to the detection of nitrogen oxides. The results obtained illustrate the advantages of this technique in terms of simplicity, robustness and compactness. The obtained detection limit for the radical NO2 has been estimated at 1 ppbv for 2 minutes acquisition time.The second study concerns an optically--pumped VECSEL emitting around 2.3 μm. The main result has been the achievement of single frequency tuning on a large spectral window, about of 16.5 cm-1 wide. This required the simultaneous tuning of temperature and laser cavity length. Then, preliminary tests have been carried out in order to couple this source to the OF-CEAS technique. These tests have revealed a problem of stability of the VECSEL single-frequency behavior in presence of optical feedback.In conclusion, the feasibility of the OF-CEAS technique using an ECDL emitting in the near-infrared region applied to the diagnostics of a low pressure discharge has been demonstrated. The minimum absorption coefficient obtained is as good as 10-9 cm-1 for a fast acquisition time (0.1 s), which is a typical value achieved previously in various OF-CEAS systems. Tests have been performed with a discharge in a flow of argon and traces of methane. The same level of noise has been observed as without discharge. However, in the spectral region accessible with the available ECDL laser, radicals of the type CHX produced in this type of discharge could not be detected.Le thème central de ce travail de thèse est consacré à la mesure de concentrations de gaz à l'état de traces par spectroscopie d'absorption à haute sensibilité dans le domaine de l'infrarouge et du visible. Différentes sources spectrales sont employées, des lasers à émission verticale en cavité externe (VECSELs), des diodes laser à cavité externe (ECDLs) et des diodes électroluminescentes à émission large bande (LEDs). Deux techniques sont abordées : la OF-CEAS (Optical-Feedback Cavity--Enhanced Absorption Spectroscopy) et la IBB-CEAS (Incoherent Broadband-Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy).D'abord, les notions nécessaires à la compréhension des techniques considérées sont présentées. Suit la description du développement d'un système IBB-CEAS avec une source LED émettant autour de 643 nm, avec application à la détection des oxydes d'azote à l'état de traces. Les résultats obtenus mettent en avant les avantages de cette technique en termes de simplicité, robustesse et de compacité. La limite de détection obtenue pour le radical NO2 est estimée à 1 ppbv pour deux minutes de temps d'acquisition.Pour la deuxième étude concernant une source laser de type VECSEL émettant à 2.3 μm et pompé optiquement, le résultat principal a été l'obtention d'un balayage monofréquence sur une grande plage spectrale de l'ordre de 16.5 cm-1. Cela a demandé un balayage simultané de la température et de la longueur de la cavité laser. Ensuite, des essais préliminaires on été effectués pour coupler cette source avec la technique OF-CEAS. Ces essais ont révélé un problème de stabilité du comportement monofréquence de la source VECSEL en présence de rétroaction optique.Enfin, la faisabilité de la technique OF-CEAS avec une source ECDL émettant dans l'infrarouge proche pour le diagnostic des décharges à basse pression a été démontrée. Le coefficient d'absorption minimale obtenu est de l'ordre de 10-9 cm-1 pour un temps d'acquisition court (0.1 s), valeur typique atteinte auparavant dans divers systèmes OF-CEAS. Des essais ont été réalisés avec une décharge en flux d'argon avec des traces de méthane autour de 1 mbar. Le même niveau de bruit a été observé que sans décharge. Cependant, dans la gamme spectrale accessible avec le ECDL disponible, les radicaux de type CHX produits dans ce type de décharge n'ont pas été détectés

Cavités optiques de haute finesse pour la mesure de composés à l'état de trace en phase gazeuse

Le thème central de ce travail de thèse est consacré à la mesure de concentrations de gaz à l'état de traces par spectroscopie d'absorption à haute sensibilité dans le domaine de l'infrarouge et du visible. Différentes sources spectrales sont employées, des lasers à émission verticale en cavité externe (VECSELs), des diodes laser à cavité externe (ECDLs) et des diodes électroluminescentes à émission large bande (LEDs). Deux techniques sont abordées : la OF-CEAS (Optical-Feedback Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy) et la IBB-CEAS (Incoherent Broadband-Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy). D'abord, les notions nécessaires à la compréhension des techniques considérées sont présentées. Suit la description du développement d'un système IBB-CEAS avec une source LED émettant autour de 643 nm, avec application à la détection des oxydes d'azote à l'état de traces. Les résultats obtenus mettent en avant les avantages de cette technique en termes de simplicité, robustesse et de compacité. La limite de détection obtenue pour le radical NO2 est estimée à 1 ppbv pour deux minutes de temps d'acquisition. Pour la deuxième étude concernant une source laser de type VECSEL émettant à 2.3 m et pompé optiquement, le résultat principal a été l'obtention d'un balayage monofréquence sur une grande plage spectrale de l'ordre de 16.5 cm-1. Cela a demandé un balayage simultané de la température et de la longueur de la cavité laser. Ensuite, des essais préliminaires on été effectués pour coupler cette source avec la technique OF-CEAS. Ces essais ont révélé un problème de stabilité du comportement monofréquence de la source VECSEL en présence de rétroaction optique. Enfin, la faisabilité de la technique OF-CEAS avec une source ECDL émettant dans l'infrarouge proche pour le diagnostic des décharges à basse pression a été démontrée. Le coefficient d'absorption minimale obtenu est de l'ordre de 10-9 cm-1 pour un temps d'acquisition court (0.1 s), valeur typique atteinte auparavant dans divers systèmes OF-CEAS. Des essais ont été réalisés avec une décharge en flux d'argon avec des traces de méthane autour de 1 mbar. Le même niveau de bruit a été observé que sans décharge. Cependant, dans la gamme spectrale accessible avec le ECDL disponible, les radicaux de type CHX produits dans ce type de décharge n'ont pas été détectés.The work described in this thesis is mainly dedicated to the measurement of trace concentrations in the gas phase by high sensitivity absorption spectroscopy in the infrared and visible regions. Different spectral sources have been employed: Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Lasers (VECSELs), External-Cavity Diode Lasers (ECDLs) and broad-band emission Light Emitting Diodes (LEDs). Two techniques have been applied: OF-CEAS (Optical-Feedback Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy) and IBB-CEAS (Incoherent Broadband-Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy). First, the notions required for the comprehension of these techniques are presented. Then, we describe the development of an IBB-CEAS system based on a LED source emitting at 643\,nm, adapted to the detection of nitrogen oxides. The results obtained illustrate the advantages of this technique in terms of simplicity, robustness and compactness. The obtained detection limit for the radical NO2 has been estimated at 1 ppbv for 2 minutes acquisition time. The second study concerns an optically-pumped VECSEL emitting around 2.3 m. The main result has been the achievement of single frequency tuning on a large spectral window, about of 16.5 cm-1 wide. This required the simultaneous tuning of temperature and laser cavity length. Then, preliminary tests have been carried out in order to couple this source to the OF-CEAS technique. These tests have revealed a problem of stability of the VECSEL single-frequency behavior in presence of optical feedback. In conclusion, the feasibility of the OF-CEAS technique using an ECDL emitting in the near-infrared region applied to the diagnostics of a low pressure discharge has been demonstrated. The minimum absorption coefficient obtained is as good as 10-9 cm-1 for a fast acquisition time (0.1 s), which is a typical value achieved previously in various OF-CEAS systems. Tests have been performed with a discharge in a flow of argon and traces of methane. The same level of noise has been observed as without discharge. However, in the spectral region accessible with the available ECDL laser, radicals of the type CHX produced in this type of discharge could not be detected.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Study of materials, Components and Systems in Terahertz domain by Analogy with Optical methods

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