Widely-Tunable Quantum Cascade-Based Sources for the Development of Optical Gas Sensors
Virginie Zéninari,
Raphaël Vallon,
Laurent Bizet,
Clément Jacquemin,
Guillaume Aoust,
Grégory Maisons,
Mathieu Carras,
Bertrand Parvitte
Affiliations
Virginie Zéninari
Unité Mixte de Recherche 7331, Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique, Centre National de la Recherche Scientifique, Université de Reims Champagne Ardenne, 51097 Reims, France
Raphaël Vallon
Unité Mixte de Recherche 7331, Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique, Centre National de la Recherche Scientifique, Université de Reims Champagne Ardenne, 51097 Reims, France
Laurent Bizet
Unité Mixte de Recherche 7331, Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique, Centre National de la Recherche Scientifique, Université de Reims Champagne Ardenne, 51097 Reims, France
Clément Jacquemin
Unité Mixte de Recherche 7331, Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique, Centre National de la Recherche Scientifique, Université de Reims Champagne Ardenne, 51097 Reims, France
Guillaume Aoust
mirSense, Centre d’intégration NanoINNOV, 91120 Palaiseau, France
Grégory Maisons
mirSense, Centre d’intégration NanoINNOV, 91120 Palaiseau, France
Mathieu Carras
mirSense, Centre d’intégration NanoINNOV, 91120 Palaiseau, France
Bertrand Parvitte
Unité Mixte de Recherche 7331, Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique, Centre National de la Recherche Scientifique, Université de Reims Champagne Ardenne, 51097 Reims, France
Spectroscopic techniques based on Distributed FeedBack (DFB) Quantum Cascade Lasers (QCL) provide good results for gas detection in the mid-infrared region in terms of sensibility and selectivity. The main limitation is the QCL relatively low tuning range (~10 cm−1) that prevents from monitoring complex species with broad absorption spectra in the infrared region or performing multi-gas sensing. To obtain a wider tuning range, the first solution presented in this paper consists of the use of a DFB QCL array. Tuning ranges from 1335 to 1387 cm−1 and from 2190 to 2220 cm−1 have been demonstrated. A more common technique that will be presented in a second part is to implement a Fabry–Perot QCL chip in an external-cavity (EC) system so that the laser could be tuned on its whole gain curve. The use of an EC system also allows to perform Intra-Cavity Laser Absorption Spectroscopy, where the gas sample is placed within the laser resonator. Moreover, a technique only using the QCL compliance voltage technique can be used to retrieve the spectrum of the gas inside the cavity, thus no detector outside the cavity is needed. Finally, a specific scheme using an EC coherent QCL array can be developed. All these widely-tunable Quantum Cascade-based sources can be used to demonstrate the development of optical gas sensors.