1998年, Engeln [1]在CRDS研究基础上提出腔增强吸收光谱(Cavityenbance absorption Spectroscopy, CEAS)技术。CEAS是基于CRDS 技术基础上发展的一种高灵敏度检测技术,CRDS 测量的是光强的衰减时间,而CEAS 测量的是经过谐振腔的透射光强。CEAS通过扫描激光频率,使之与谐振腔某一腔模频率产生共振而激发腔内光场,获得最大吸收光程,测量通过谐振腔的透射光信号。CEAS常用的锁定方法有2种,电锁定(Pound-Drever-Hall,PDH)技术和光反馈技术。腔增强吸收光谱技术经过20多年的科研工作不断发展,其技术上也得到了不断的改进和创新,发展了目前主流的光学频率梳腔增强吸收光谱CE-DFCS,离轴积分腔增强吸收光谱Off-AxisICOS,光学反馈腔增强吸收光谱OF-CEAS,噪声免疫腔增强光学外差分子光谱NICE-OHMS[2-3]。
一、CEAS腔增强吸收光谱原理
根据Lambert-Beer定律,可得
其中腔内气体总的消光系数:
R(λ)镜片反射率随波长变化,I0(λ)和I(λ)分别代表腔内不含待测气体和通入待测气体时的光强,d为有效腔长,αRay(λ)为气体的瑞利散射系数。通过测量镜片反射率随波长变化、有效腔长、光学腔内有无气体吸收的光辐射变化可得到总的消光系数α(λ),最后将α(λ)与待测气体吸收截面进行最小二乘拟合可以计算出待测气体的浓度。
二、CEAS腔增强吸收光谱实验装置
图1 CEAS与外腔量子激光器的实验装置图
图2 离轴积分腔增强吸收光谱Off-Axis ICOS的实验装置图
图3 CEAS用于检测呼气系统检测
这里用于检测光的透过率=1-反射率-材料吸收
可以理解为:整体的就是激光照射到凹面当反射假设为99.998%那么有0.002%的激光透到平面了,然后这0.002%又只有0.01%-0.002%没透过去(相当于0.002*0.01=0.00002的光在玻璃里面没透被吸收掉了)
以上就可以使用layertec 的低损耗腔镜,通常凹面镀反射率>99.99%,正面镀增通膜
参考文献:
[1] R. Engeln, G. Berden, R. Peeters, and G.Meijer, "Cavity enhanced absorption and cavity enhanced magnetic rotationspectroscopy," Rev. Sci. Instrum. 69, 3763-3769 (1998)
[2] 董磊.基于腔增强吸收光谱的污染气体检测研究[D].山西大学,2007.
[3] 韩荦,夏滑,董凤忠,张志荣,庞涛,孙鹏帅,吴边,崔小娟,李哲,余润磬.腔增强吸收光谱技术研究进展及其应用[J].
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