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《光纤腔衰荡光谱技术及其最新进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第28卷第4期物理学进展Vol.28No.42008年12月PROGRESSINPHYSICSDec.2008文章编号:100020542(2008)0420401209光纤腔衰荡光谱技术及其最新进展刘亚萍,张伟刚,姜萌,张绮,刘波,王志,刘艳格(光电信息技术教育部重点实验室,南开大学现代光学研究所,天津300071)摘要:阐述了腔衰荡光谱技术的基本原理及应用;从结构设计的角度考虑,归纳出光纤衰荡腔的三种基本结构,并对光纤腔衰荡光谱技术及其最新进展进行了评述;报道了我们采用脉冲光纤环衰荡光谱技术进行液体检测取得的最新进展;在总结光纤腔衰荡
2、光谱技术优点的基础上,展望了其发展前景。关键词:腔衰荡光谱;光纤腔衰荡光谱;光纤环;吸收光谱检测中图分类号:O65713文献标识码:A到高灵敏度、简单方便的检测。而采用光纤腔衰荡0引言光谱技术(FCRDS:fibercavityringdownspec2troscopy),由于光在衰荡腔内循环振荡几十次,探腔衰荡光谱(CRDS:cavityring2downspectros2测灵敏度极高,解决了用普通吸收光谱方法检测微copy)技术是近20年发展起来的一种新型吸收光谱小体积样品时灵敏度不够高,或用荧光法检测时有检测技术,具有极高的灵敏度和
3、分辨率,且不受光源些被检测物不能自然发射荧光等局限。且光纤易与光强波动的影响,适用于微弱吸收光谱的测量,因而光电器件连接,简化系统装置的同时增强了实用性。得到了广泛的关注和研究。自1984年Anderson故FCRDS是一种简便、超高灵敏度的吸收光谱检[1]等人首次运用腔衰荡光谱技术成功测量低损耗高测技术已被研究者广泛应用于液相色谱、毛细管电[8,9]反射膜的反射率之后,国内外研究者进一步发展了泳分离中微流体的在线检测。腔衰荡光谱技术,将其应用于原子、分子、团簇等吸由于传统CRDS的发展比较成熟,已被广泛应[2][3]收光谱的测量,分子反
4、应动力学的研究,大气环用于气体,甚至液体和固体薄膜的吸收光谱检测,有[4][10～16]境监测等领域,并获得了良好的研究成果。很多综述文章介绍了其应用发展,因此,本文最初,CRDS建立在两个高反射镜形成的光学只针对光纤腔衰荡光谱技术及其最新进展进行综谐振腔之上,通过测量谐振腔内的光强衰减速率来述,并展望其发展前景。获得腔内的损耗信息。由于必须保证谐振腔的高反射低损耗特性,即要求对两个反射镜进行高反射率1腔衰荡光谱技术原理涂覆并保证腔镜精确对准,CRDS在某些特定环境条件下的应用发展受到了限制。2001年之后相继图1所示为传统腔衰荡光谱技术
5、的原理示意[5]出现了光纤环衰荡腔、在光纤两端进行高反射率图。激光器发出的脉冲光照射由两个高反射镜M1,[6]涂覆的光纤衰荡腔及光纤布喇格光栅对衰荡M2组成的稳定光学谐振腔,由于腔镜的高反射率特[7]腔,这些光纤型衰荡腔不仅改善了上述传统衰荡性,只有一小部分光被耦合进光腔,并在两镜之间往腔的局限性,而且各具有独特的优越性,已用于各种返振荡,腔内的光在每次反射过程中都会因为腔镜气体液体的吸收探测、传感领域。特别是在生物化的透射或腔内介质的吸收而减弱。在腔镜M2后设学领域,通常需要在线监测混合物分离过程,其特点置高灵敏度的光探测器,检测每次反
6、射时透射出腔是被测物体积小,浓度稀,一般检测方法很难同时达镜M2的光,所记录的透射光强随时间的关系可用收稿日期:2008208228基金项目:国家自然科学基金(10674075,60577018,10774077)、国家863计划项目(2006AA01Z217)、天津市自然科学基金重点项目(06YFJZJC00300)、中国博士后科学基金(20060400687)资助。Email:dreamfly816@yahoo.com.cn;zhangwg@nankai.edu.cn402物理学进展第28卷下式进行模拟:图1腔衰荡光谱原理示意图dII
7、Ac关信息,实现相关量的高灵敏度检测。FCRDS只是在=-(1)dtnL衰荡腔的构成形式上与传统CRDS不同,原理一致。式中I为t时刻的光强,n为腔内介质的折射率,L为光腔腔长,c为真空中的光速,A为腔内总的传输损2光纤衰荡腔结构分析耗,包括腔内的吸收损耗和腔镜上的不完全反射损耗及衍射损耗。由(1)式得到光强随时间按指数形式衰荡为:211光纤衰荡腔的基本结构I=I0exp-cAt(2)传统CRDS采用两个高反射镜构成衰荡腔,由nL于它对高反射率涂覆和腔镜对准要求很高,光源与定义透射光强衰减到初始光强的1/e所需的时腔镜之间的耦合也不够便利
8、,系统比较复杂。光纤间为衰荡时间,令其为τ,它代表了光强的衰减速是一种新型的光波导器件,具有质量轻、柔韧性好、率,由下式给出:结构设计灵活、易于集成等优点,近年来以光纤为基nLτ=(3)本元件
