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光腔衰荡光谱技术(CRDS)原理
发布时间:2021-10-13   点击次数:29次

光腔衰荡光谱技术(简称CRDS技术),是近几年来迅速发展起来的一种高灵敏度的吸收光谱检测技术。因其先进的技术优势,已成为分析各种微量或痕量物质强有力的工具。

CRDS技术与传统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,被广泛应用于生物、化学、物理及地球和环境科学研究领域。

光腔衰荡光谱技术(CRDS)原理

几乎每种小的气相分子(例如,CO2,H2O,H2S,NH3)都具有独特的近红外吸收光谱。在低于大气压的压强下,它由一系列狭窄、分辨良好的尖锐波谱曲线组成,每条曲线都具有特征波长。因为这些曲线间隔良好并且它们的波长是已知的,所以可以通过测量该波长吸收度,即特定吸收峰的高度来确定任何物质的浓度。但是,在传统的红外光谱仪中,因痕量气体产生的吸收量太少而无法测量,通常灵敏度只能达到 ppm 级别。CRDS - 光腔衰荡光谱 - 通过使用长达数公里的有效吸收光程来突破这种灵敏度限制。CRDS 能在几秒钟或更短的时间内对气体进行监测,灵敏度可以达到 ppb 级别,甚至有些气体可以达到 ppt 级别。

光腔衰荡光谱技术(CRDS),来自单频激光二极管的光束进入由两面或多面高反射率反射镜构成的衰荡腔。PULSAR-a温室气体分析仪使用三镜腔,以支持连续行波光波。与支持驻波的双镜腔相比,这可以带来优异的信噪比。当激光打开时,脉冲激光沿着光轴注入到腔内,激光脉冲在腔镜之间来回反射而形成振荡。快速光电探测器通过检测其中一个反射镜逸出的少量光强,产生与腔内光强成正比的信号,记录腔内激光脉冲的衰减过程,在腔镜反射率已知的情况下,可以计算腔内气体浓度的变化。

温室气体分析仪

希戈纳科技的PULSAR-a温室气体分析仪采用了光腔衰荡光谱技术(CRDS),能够同时测量二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄),灵敏度为十亿分之一(ppb),长期运行中的漂移可以忽略不计。

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