Title (eng)
Setup and operation of an optical frequency comb resolved Fourier-transform infrared spectrometer
Parallel title (deu)
Aufbau und Betrieb eines optischen frequenzkammaufgelösten Fourier-Transformations-Infrarotspektrometers
Author
Maximilian Prinz
Advisor
Oliver Heckl
Assessor
Oliver Heckl
Abstract (deu)
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 (eng)
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.
Keywords (deu)
Spektroskopienahes Infrarotmittleres InfrarotFourier-TransformationFourier-Transformations-Spektrometerinstrumentelle Linienformsubnominale Auflösung
Keywords (eng)
spectroscopynear-infraredmid-infraredFourier transformFourier transform spectrometerinstrumental line shapesub-nominal resolution
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1596597
rdau:P60550 (deu)
viii, 62 Seiten : Illustrationen
Number of pages
71
Association (deu)
Title (eng)
Setup and operation of an optical frequency comb resolved Fourier-transform infrared spectrometer
Parallel title (deu)
Aufbau und Betrieb eines optischen frequenzkammaufgelösten Fourier-Transformations-Infrarotspektrometers
Author
Maximilian Prinz
Abstract (deu)
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 (eng)
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.
Keywords (deu)
Spektroskopienahes Infrarotmittleres InfrarotFourier-TransformationFourier-Transformations-Spektrometerinstrumentelle Linienformsubnominale Auflösung
Keywords (eng)
spectroscopynear-infraredmid-infraredFourier transformFourier transform spectrometerinstrumental line shapesub-nominal resolution
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1611182
Number of pages
71
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