Numéro
J. Phys. I France
Volume 6, Numéro 6, June 1996
Page(s) 771 - 781
DOI https://doi.org/10.1051/jp1:1996241
DOI: 10.1051/jp1:1996241
J. Phys. I France 6 (1996) 771-781

Measurement of the Carbon Isotopic Composition of Methane Using Helicoidal Laser Eigenstates

D. Jacob1, A. le Floch1, F. Bretenaker1 and P. Guenot2

1  Laboratoire d'Electronique Quantique - Physique des Lasers, Unité Associée Centre National de la Recherche Scientifique 1202, Université de Rennes I, Campus de Beaulieu, F-35042 Rennes Cedex, France
2  Centre Régional de Mesures Physiques de l'Ouest, Université de Rennes I, Campus de Beaulieu, F-35042 Rennes Cedex, France


(Received 13 December 1995, received in final form 28 February 1996, accepted 5 March 1996)

Abstract
The spatially generalized Jones matrix formalism is used to design a laser cavity to make intracavity measurements of the carbon isotopic composition of methane. the method is based on a double optical lever effect for helicoidally polarized eigenstates, permitting to measure successively the $^{12}{\rm CH}_4$ and $^{13}{\rm CH}_4$ concentrations. To choose the probed isotope, one simply tunes the frequency of the laser by Zeeman effect. The experiment exhibits a good agreement with the predictions and permits to measure the $^{13}{\rm CH}_{4}/^{12}{\rm CH_4}$ composition ratio of methane with an uncertainty of the order of $\pm 0.07\%$ for a sample containing only $6\times 10^{-9}$ mole of methane.

Résumé
On utilise le formalisme des matrices de Jones généralisées spatialement pour concevoir une cavité laser permettant la mesure intra-cavité de la composition isotopique du carbone présent dans le méthane. La méthode est fondée sur une double application de l'effet de levier optique pour les états propres hélicoïdaux, permettant de mesurer successivement les concentrations de $^{12}{\rm CH}_4$ et de $^{13}{\rm CH}_4$. Pour passer d'un isotope à l'autre, on ajuste simplement la fréquence du laser par effet Zeeman. L'expérience est en bon accord avec les prédictions et permet d'effectuer la mesure du rapport isotopique $^{13}{\rm CH}_{4}/^{12}{\rm CH_4}$ avec une fourchette d'incertitude de $\pm 0,07\%$ pour des échantillons de gaz ne contenant que $6\times 10^{-9}$ mole de méthane.



© Les Editions de Physiques 1996

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