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1、第29卷第5期光学仪器Vol.29,No.52007年10月OPTICALINSTRUMENTSOctober,2007文章编号:1005-5630(2007)05-0085-05X光腔衰荡光谱技术及其应用综述宓云,王晓萍,詹舒越(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:光腔衰荡光谱(CRDS)技术是近几年迅速发展起来的一种吸收光谱检测技术。在介绍光腔衰荡光谱检测原理的基础上,详细推导了CRDS技术用于反射率测量和痕量气体浓度检测的理论公式。分析了CRDS技术由于实际吸收
2、光程长,检测精度不受光源强度及其变化的影响,因此具有检出限低,测量精度高,可靠性好等特性。综述了CRDS技术在微量污染气体监测中的应用及其发展趋势。最后提出了应用光腔衰荡光谱检测污染气体中不同有害成分浓度的一种新思路。关键词:光腔衰荡光谱;吸收光谱;衰荡时间;反射率测量;微量气体检测中图分类号:O657.3文献标识码:AReviewoncavityringdownspectroscopytechnologyanditsapplicationMIYun-ping,WANGXiao-ping,ZHA
3、NShu-yue(StateKeyLaboratoryforModernOpticalInstramentation,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Cavityringdownspectroscopy(CRDS)isanoveltechniqueusedforhighsensitivemeasurementofabsorptionspectra.Inthispaper,wedescribetheprincipleofCRDSme
4、asurementtechnology.ThetheoreticalformulaeforhighsensitivitymeasurementofreflectionindexandofgasconcentrationbasedonCRDSarededucedindetail.Becauseofitslongabsorptionopticalpathlengthandmeasureaccuracyisindependentontheintensityofsource,CRDStechnology
5、hasseveraladvantagesinenvironmentmonitoring,thoseincludinglowdetectionlimit,highmeasurementaccuracyandgoodreliability.ApplicationandperspectiveofCRDStechnologyisreviewed,andfinally,asuggestedapproachfortracegasmonitoringusingCRDStechnologyispresented
6、.Keywords:cavityringdownspectroscopy;absorptionspectrum;ringdowntime;reflectivitymeasurement;tracegasdetection1引言随着社会工业化和城市化进程的发展,人类在生产和生活过程中产生的大量废气、烟尘等排入大气,严重影响了大气环境的质量。在人口稠密的城市和工业地区,工业废气、燃烧废气、汽车尾气等已成为城市空气污染的“罪魁祸首”,特别是这些气体中的微量有毒有害成分,严重影响了人类的生活质量和身体健
7、康。因此在社会高速发展时期,对大气检测的要求也越来越高,大气质量监测已成为环境监测的重要内容X收稿日期:2006-12-30作者简介:宓云(1983-),女,江苏常熟人,硕士研究生,主要从事光学仪器方面的研究。·86·光学仪器第29卷之一。气体检测方法主要分为传统的化学检测法和新型的光谱检测法两大类。光谱检测法的本质是物质对[1,2][3]电磁波的吸收和发射。常用的吸收光谱检测法有:腔内吸收探测法、长程吸收探测法、激光诱导荧光[4][4]方法和共振增强多光子电离方法等,这些方法都是通过测定光对气
8、体作用前后光频率或光强度的变化来确定气体的成分和浓度。[5]现讨论的光腔衰荡光谱技术(cavityringdownspectroscopy,CRDS技术)是近几年迅速发展起来的一种吸收光谱检测技术,与以上几种吸收光谱检测方法有着本质的区别:CRDS技术测量光在衰荡腔中的衰荡时间,该时间仅与衰荡腔反射镜的反射率和衰荡腔内介质的吸收有关,而与入射光强的大小无关。因此,测量结果不受脉冲激光涨落的影响,具有灵敏度高、信噪比高、抗干扰能力强等优点。在介绍CRDS技术工作原理、特点的基础上,讨论了CRDS技
