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Détection hétérodyne

La détection hétérodyne consiste à mélanger sur une photodiode rapide le rayonnement monochromatique d’un oscillateur local (laser) avec le rayonnement à analyser. On transpose une partie du spectre à analyser centré sur la fréquence de l’oscillateur local dans le domaine radio-fréquences. Les premières études avaient été réalisées grâce à un soutien financier de la DRET-DGA en utilisant un laser CO₂ comme oscillateur local et en mesurant l’absorption de l’ozone atmosphérique en visant le soleil. Les diodes lasers apportent l’avantage d’un oscillateur local continûment variable en longueur d’onde mais avec une perte de sensibilité importante due à leur faible puissance (100 µW). Des diodes aux sels de plomb refroidies à basse température (50 K) ont cependant permis d’enregistrer l’absorption atmosphérique de l’ozone dans la branche nu₁ non accessible un laser CO₂ (Thèse de Bertrand PARVITTE - 1997). L'équipe est reconnue internationalement dans ce domaine et a été chargée d'écrire un article de revue sur le sujet ublication.

Mesure de constituants atmosphériques à partir du sol

Des essais préliminaires réalisés grâce à un laser de type QCL développé par J. FAIST (Université de Neuchâtel) ont montré qu’il était possible d’obtenir une émission monomode puissante (20 mW) à 9 µm. La puissance est environ 100 fois plus grande que celle d’une diode laser aux sels de plomb. L’utilisation d’un tel laser comme oscillateur local en détection hétérodyne nous a permis de combiner la sensibilité obtenue avec un laser CO₂ et l’accordabilité des lasers à semi-conducteurs. Les résultats obtenus pour la mesure de l’ozone atmosphérique sont très prometteurs publication. La photo montre l'héliostat situé sur le toit du laboratoire et permettant de viser le soleil. Le rayonnement solaire est ensuite amené sur le spectromètre dans le laboratoire.

Cette technique a démontré toute son efficacité par l'utilisation des lasers à cascade quantique. Les avancées des lasers dans ce domaine devraient permettre de réaliser un nouvel instrument transportable pour mesurer les concentrations d'ozone atmosphérique à partir du sol. Le même type d'instruments pourrait également être développé, par exemple, sur le dioxyde de carbone. Ces travaux sont actuellement menés dans le cadre de la thèse de Marie-Hélène MAMMEZ et du projet financé ANR QUIGARDE (2012-2016) en collaboration avec le III-V lab et le laboratoire de physique des lasers.

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