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基于连续波激光器衰荡腔吸收光谱的痕量气体探测方法
作者：刘琨来源：《中国新技术新产品》2011年第17期
摘要：本文描述了一种采用连续波激光激发衰荡腔光谱测量痕量气体浓度的实验装置。CRDS是基于比尔定律的吸收光谱技术，通过将光耦合到含有样品的高精细度光学谐振腔并测量光衰减速率来测量样品浓度的。它提供了绝对的和高精度的分子浓度的测量方法。这种技术只需要激光二极管提供单一模式的适度的激光功率，使系统易于运输。近红外区域，很容易与周围环境温度二极管访问包含了泛频振动能级和禁止的许多重要物体的电子跃迁。我们的研究重点是研究连续波激光激发衰荡腔光谱的性质，以增加这些物体的检测灵敏度。具体来说，我们正在研究在范从ppb到ppt范围湿度测量。最近，我们获得了比吸收谱测量方法更好的检测极限灵敏度1x1011cm1Hz12。我们将讨论该设备及其应用，目前的表现数据。
关键词：连续波；激光器；光谱
中图分类号：O34811文献标识码：A
1引言
连续波激光激发衰荡腔光谱测量方法是一种基于吸收光谱先进的，高度敏感的技术，最普遍的重要痕量物质的光谱检测方法。在气相中，一个物种的光谱由许多尖锐的旋转线（一种分子“指纹”），提供高选择性。大多数分子都在从紫外到红外范围，可以定量测量技术的使用连续波激光激发衰荡腔光谱测量方法技术。
比尔定律给出了气体分子的吸收关系：
其中Iv是频率为v的光通过样本后的光强度；Iov是光未通过样本的强度；是特定分子吸收频率为v的光吸收截面；N是他们的粒子数密度，这是绝对浓度成正比，而L是光通过样品的路径的长度。显然我们有比尔定律可以得出，为了最大限度地提高灵敏度，要选择具有大的吸收截面的分子样本，以及尽可能的最长的路径长度为L，尽可能最小的△II0
oise。传统的吸收光谱法仪器的物理尺寸限制了路径长度L。您可以通过采用“多次通过”的气体池，例如White1或者He
iott2式的吸收池来增加10到100倍的的有效路径长度。测量的灵敏度和精确度也受限于光源的噪声和检测系统的噪声。
另一方面，连续波激光激发衰荡腔光谱法是不受激光噪声△II0
oise的影响因为他只是测量“时间”。连续波激光激发衰荡腔光谱法是一种新兴的技术，已被证明可以显著的提高吸收光谱34灵敏度。它利用一个稳定的光源入射到两个距离为d的超高反射镜中，即衰荡腔中。
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在一次衰荡测量中，部分激光从窄带激光器耦合到衰荡腔中r