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      光腔衰蕩光譜檢測技術 CRDS

      光腔衰蕩光譜(Cavity Ring-Down Spectroscopy,CRDS),將脈沖激光束從線性共振腔的入射鏡射入共振腔,探測從出射鏡射出的光束。由于共振腔內光經過反射鏡的透射,散射,吸收等損耗和共振腔內氣相基團的光吸收,射入光腔的光強度隨時間呈指數衰減,通過測量衰減時間與頻率的關系,就可以得到共振腔內基團的吸收光譜。

      激光束在一個高反射率(通常R>99.9%)的諧振腔中反復傳輸,每在腔中來回反射一次,強度都會由于腔中介質的吸收與散射,而降低一個固定的比例。于是腔內光脈沖的強度被確定為一個隨時間變化的指數函數。

      I(t)=I0e-t/τ

      工作原理是基于測量衰減率而不是絕對吸收。這是其擁有超過傳統光譜方法靈敏度的原因,因其免疫了激光脈沖的強度波動。衰減常數,是光強從原有強度下降到 1/e 所用的時間,被稱為衰蕩時間,和腔內的損耗機制相關。對于空腔,衰減常數依賴于鏡子的反射損耗和各種光學現象如散射和折射:

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      其中n是腔內介質的折射率,c是真空中的光速,l是腔長,R是鏡子反射率,并考慮到其他帶來光的損失的雜項X。 這個方程使用近似ln(1+x)≈x,x接近于零時成立,這符合一般光腔衰蕩光譜中的情況。通常,出于簡化考慮,將雜項損失視作一個等效的反射損耗。當一個有吸收的樣品在腔內時,根據比爾-朗伯定律,將增大損耗。假設該樣品充滿整個空腔,其中α是該樣品的吸收系數。


      光腔衰蕩光譜技術.jpg


      技術優勢:

      1. 不會受到激光的強度波動的影響。 在大多數吸收測量中,光源光強必須假定是穩定,不會因有無樣品而改變。任何光源光強的漂移都會在測量中引入誤差。 在光強衰蕩光譜中,衰蕩時間并不取決于激光的強度,則這種激光強度的波動都不再是問題。因其不依賴于激光強度,使得它不需要用到外部標準進行校準或對照。

      2.  非常長的吸收長度,非常靈敏。在吸收測量中,最小可探測吸收正比于樣品的吸收長度。由于光在反射鏡之間被來回反射了很多次,使得它有非常長的吸收長度。例如,激光脈沖來回通過一個一米的光腔500次,就會帶來1公里的有效吸收長度。

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