Skip to main content
Log in

QEPAS spectrophones: design, optimization, and performance

  • Published:
Applied Physics B Aims and scope Submit manuscript

Abstract

The impact of design parameters of a spectrophone for quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy on its performance was investigated. The microresonator of spectrophone is optimized based on an experimental study. The results show that a 4.4 mm-long tube with 0.6 mm inner diameter yields the highest signal-to-noise ratio, which is ∼30 times higher than that of a bare QTF at gas pressures between 400 and 800 Torr. The optimized configuration demonstrates a normalized noise-equivalent absorption coefficient (1σ) of 3.3×10−9 cm−1W/Hz1/2 for C2H2 detection at atmospheric pressure. The effect of the changing carrier gas composition is studied. A side-by-side sensitivity comparison between QEPAS and conventional photoacoustic spectroscopy technique is reported.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Similar content being viewed by others

References

  1. R.F. Curl, F. Capasso, C. Gmachl, A.A. Kosterev, B. McManus, R. Lewicki, M. Pusharsky, G. Wysocki, F.K. Tittel, Chem. Phys. Lett. 487, 1 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  2. M. Troccoli, L. Diehl, D.P. Bour, S.W. Corzine, N. Yu, C.Y. Wang, M.A. Belkin, G. Hofler, R. Lewicki, G. Wysocki, F.K. Tittel, F. Capasso, J. Lightwave Technol. 26, 3534 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. A.A. Kosterev, G. Wysocki, Y.A. Bakhirkin, S. So, R. Lewicki, F.K. Tittel, R.F. Curl, Appl. Phys. B 90, 165 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. A.A. Kosterev, F.K. Tittel, G. Bearman, in Proceedings of the 2008 Int. Conference on Environmental Systems, Published by SAE as MS 08ICES-0031 (2008)

  5. J.S. Pilgrim, J. Kutzner, W.R. Wood, in Proceedings of the 2007 Int. Conference on Environmental Systems, Published by SAE as MS 2007-01-3152 (2007)

  6. M.R. McCurdy, Y.A. Bakhirkin, G. Wysocki, R. Lewicki, F.K. Tittel, J. Breath Res. 1, 014001 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  7. G. Wysocki, Y.A. Bakhirkin, S. So, F.K. Tittel, C.J. Hill, R.Q. Yang, M.P. Fraser, Appl. Opt. 46, 8202 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  8. A.A. Kosterev, F.K. Tittel, D. Serebryakov, A.L. Malinovsky, I. Morozov, Rev. Sci. Instrum. 76, 1 (2005)

    Article  Google Scholar 

  9. A.A. Kosterev, Y.A. Bakhirkin, R.F. Curl, F.K. Tittel, Opt. Lett. 27, 1902 (2002) ()

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. J.-M. Friedt, E. Carry, Am. J. Phys. 75, 415 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. K. Liu, J. Li, L. Wang, T. Tang, W. Zhang, X. Gao, W. Chen, F.K. Tittel, Appl. Phys. B 94, 527 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  12. A.A. Kosterev, Y.A. Bakhirkin, F.K. Tittel, S. McWhorter, B. Ashcraft, Appl. Phys. B 92, 103 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. C.W. Van Neste, L.R. Senesac, T. Thundat, Appl. Phys. Lett. 92, 234102 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  14. R. Lewicki, G. Wysocki, A.A. Kosterev, F.K. Tittel, Appl. Phys. B 87, 157 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. R. Lewicki, G. Wysocki, A.A. Kosterev, F.K. Tittel, Opt. Express 15, 7357 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  16. A.K. Ngai, S.T. Persijni, D. Lindsay, A.A. Kosterev, P. Groß, C.J. Lee, C.M. Cristescu, F.K. Tittel, K.J. Boller, F.J. Harren, Appl. Phys. B 89, 123 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  17. Y.A. Bakhirkin, A.A. Kosterev, R.F. Curl, F.K. Tittel, D.A. Yarekha, L. Hvozdara, M. Giovannini, J. Faist, Appl. Phys. B 82, 149 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  18. A.A. Kosterev, T.S. Moseley, F.K. Tittel, Appl. Phys. B 85, 295 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. G. Wysocki, A.A. Kosterev, F.K. Tittel, Appl. Phys. B 85, 301 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  20. A.A. Kosterev, Y.A. Bakhirkin, F.K. Tittel, Appl. Phys. B 80, 133 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  21. A.A. Kosterev, F.K. Tittel, Appl. Opt. 43, 6213 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  22. D. Weidmann, A.A. Kosterev, F.K. Tittel, N. Ryan, D. McDonald, Opt. Lett. 29, 1837 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. A. Miklós, P. Hess, Z. Bozóki, Rev. Sci. Instrum. 72, 1937 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  24. T. Schmid, Anal. Bioanal. Chem. 384, 1071 (2006)

    Article  Google Scholar 

  25. K. Liu, X.Y. Guo, H.M. Yi, W.D. Chen, W.J. Zhang, X.M. Gao, Opt. Lett. 34, 1594 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  26. S. Schilt, A.A. Kosterev, F.K. Tittel, Appl. Phys. B 95, 813 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  27. D.V. Serebryakov, I.V. Morozov, A.A. Kosterev, V.S. Letokhov, Quantum Electron. 40, 167 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  28. N. Petra, J. Zweck, A.A. Kosterev, S. Minkoff, D. Thomazy, Appl. Phys. B 94, 673 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  29. L.S. Rothman, A. Barbe, D.C. Benner, L.R. Brown, C. Camy-Peyret, M.R. Carleer, K. Chance, C. Clerbaux, V. Dana, V.M. Devi, A. Fayt, J.M. Flaud, R.R. Gamache, A. Goldman, D. Jacquemart, K.W. Jucks, W.J. Lafferty, J.Y. Mandin, S.T. Massie, V. Nemtchinov, D.A. Newnham, A. Perrin, C.P. Rinsland, J. Schroeder, K.M. Smith, M.A.H. Smith, K. Tang, R.A. Toth, J. Vander Auwera, P. Varanasi, K. Yoshino, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 82, 5 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  30. R.D. Grober, J. Acimovic, J. Schuck, D. Hessman, P.J. Kindlemann, J. Hespanha, A.S. Morse, K. Karrai, I. Tiemann, S. Manus, Rev. Sci. Instrum. 71, 2776 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  31. S.L. Firebaugh, F. Roignant, E.A. Terray, in Proceedings Comsol Conf., Boston, October 8–10, 2009

  32. A.A. Kosterev, P. Buerke, L. Dong, M. Reed, T. Day, F.K. Tittel, Appl. Phys. B (2010). doi:10.1007/s00340-010-3975-0

    Google Scholar 

  33. C.-M. Lee, K.V. Bychkov, V.A. Kapitanov, A.I. Karapuzikov, Y.N. Ponomarev, I.V. Sherstov, V.A. Vasiliev, Opt. Eng. 46, 064302 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to L. Dong.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Dong, L., Kosterev, A.A., Thomazy, D. et al. QEPAS spectrophones: design, optimization, and performance. Appl. Phys. B 100, 627–635 (2010). https://doi.org/10.1007/s00340-010-4072-0

Download citation

  • Received:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00340-010-4072-0

Keywords

Navigation