光腔衰荡光谱技术的2个主要优点

时间：2024-11-06

光腔衰荡光谱法（CRDS）是一种非常灵敏的光谱学方法。它可用来探测样品的光学消光，包括光的散射和吸收。它已经被广泛地应用于探测气态样品在特定波长的吸收，并可以在万亿分率的水平上确定样品的摩尔分数。
光腔衰荡光谱装置包含了一个用于照亮高精细度光学谐振腔的激光光源，和构成谐振腔的两面高反射率反射镜。当激光和谐振腔的模式共振时，腔内光强会因相长干涉*增强。之后激光被*切断，以探测从腔中逸出光强的指数衰减。在衰减中，光在反射镜间被来回反射了成千上万次，由此带来了几到几十公里的有效吸收光程。如果吸光物质被放置在谐振腔内，则腔内光子的平均寿命会因被吸收而减少。一套光强衰荡光谱装置测量的是，光强衰减为之前强度的 1/e 所需要的时间，这个时间被称为“衰荡时间”可以被用来计算腔内吸光物质的浓度。
温室气体分析仪
希戈纳科技的PULSAR-a温室气体分析仪采用的就是光腔衰荡光谱技术（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。PULSAR-a能够在紧凑的腔室中实现有效测量长度，使得分析仪尺寸虽小却具有优异的精度和灵敏度。
光腔衰荡光谱相较于其他吸收光谱方法有两个主要的优点：
优点一：它不会受到激光的强度波动的影响
在大多数吸收测量中，光源光强必须假定是稳定，不会因有无样品而改变。任何光源光强的漂移都会在测量中引入误差。 在光强衰荡光谱中，衰荡时间并不取决于激光的强度，则这种激光强度的波动都不再是问题。因其不依赖于激光强度，使得光腔衰荡光谱不需要用到外部标准进行校准或对照。
优点二：由于它非常长的吸收长度，其非常灵敏
在吸收测量中，较小可探测吸收正比于样品的吸收长度。由于光在反射镜之间被来回反射了很多次，使得它有非常长的吸收长度。例如，激光脉冲来回通过一个一米的光腔500次，就会带来1公里的有效吸收长度。
由此包含以下优点：
- 高灵敏度，因其在检测池中有长吸收长度的特性
- *激光光强波动，因其测量的是速率而非强度
- 宽的可应用光谱范围，对给定的镜片一般可在±5% 中心波长范围内工作
- 高速度，一次衰荡时间可以在毫秒的时间尺度上完成
- 不需要荧光，这使得它对一些(例如快速解离)系统相较于激光诱导荧光(Laser-induced fluorescence, LIF)和共振增强多光子离子化(Resonance-enhanced multiphoton ionization, REMPI)更有吸引力。

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