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Setup and operation of an optical frequency comb resolved Fourier-transform infrared spectrometer
Maximilian Prinz
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Oliver Heckl
DOI
10.25365/thesis.72614
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13276.63436.503199-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Arbeit beschreibt den Aufbau und die Funktionsweise eines variablen, hochauflösenden (0,0025 cm-1, 75 MHz) Fourier Transformations-Spektrometers. Dies umfasst sowohl den Aufbau des optischen Apparates, als auch die Implementierung einer Erfassungs- und Verarbeitungssoftware in Kombination mit einer grafischen Benutzeroberfläche in der Programmiersprache Python. Die entwickelte Software nutzt einen Instrumental-Lineshape-Korrekturalgorithmus, welcher es ermöglicht die nominelle Auflösung des Instruments, in Kombination mit einem optischen Frequenzkamm, zu übertreffen. Die Leistung des Instruments wurde getestet, indem die Modulationseffizienz gemessen wurde, und das Signal-Rausch-Verhältnis aus gemessenen 100%-Linien berechnet wurde. Die ordnungsgemäße Funktion der Auswertesoftware wurde getestet, indem Ergebnisse für zuvor aufgezeichnete Interferogramme eines cavity-gefilterten, stabilisierten optischen Frequenzkamms mit einer Repetitionsrate von 251 MHz und einem Offset von 16,7 MHz mit denen einer anderen Forschungsgruppe verglichen wurden. Wir konnten somit die Zuverlässigkeit des verwendeten Algorithmus demonstrieren und eine subnominale Auflösung in der Größenordnung der Linienbreite einzelner Kammmoden erreichen. Um die Messzeit möglichst gering zu halten, wurde die Ausführung der entwickelten Software durch einen Multithreading-Ansatz optimiert. Schlüsselparameter wie Thread-Ausführungszeit und Arbeitszykluseffizienz wurden entsprechend bewertet.
Abstract
(Englisch)
This thesis describes the construction and operation of a variable, high-resolution (0.0025cm-1, 75 MHz) Fourier transform spectrometer. This entails both the assembly of the optical setup, as well as the implementation of an acquisition and processing software (in combination with a graphical user interface) in the Python programming language. The developed software makes use of an instrumental-lineshape-correction algorithm, which allows to surpass the nominal resolution of the instrument when combined with an optical frequency comb. The performance of the instrument was thoroughly tested by measuring the modulation efficiency, and the signal-to-noise ratio calculated from measured 100% lines. Proper operation of the evaluation software was tested by comparing results for previously-recorded interferograms of a cavity-filtered, stabilized optical frequency comb with repetition rate of 251 MHz and carrier envelope offset of 16.7 MHz, with those of another research group. We were thus able to demonstrated the reliability of the employed algorithm, achieving sub-nominal resolution on the order of the linewidth of individual comb modes. In order to keep the measurement time at a minimum, the execution of the developed software was optimized using a multi-threaded approach. Key parameters like thread-execution time and duty cycle efficiency, were benchmarked accordingly.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Spektroskopie nahes Infrarot mittleres Infrarot Fourier-Transformation Fourier-Transformations-Spektrometer instrumentelle Linienform subnominale Auflösung
Schlagwörter
(Englisch)
spectroscopy near-infrared mid-infrared Fourier transform Fourier transform spectrometer instrumental line shape sub-nominal resolution
Autor*innen
Maximilian Prinz
Haupttitel (Englisch)
Setup and operation of an optical frequency comb resolved Fourier-transform infrared spectrometer
Paralleltitel (Deutsch)
Aufbau und Betrieb eines optischen frequenzkammaufgelösten Fourier-Transformations-Infrarotspektrometers
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
viii, 62 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Oliver Heckl
AC Nummer
AC16675884
Utheses ID
64610
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |