腔衰蕩技術(shù)原理 - 筱曉光子AOL實驗室⑥

更新時間：2023-01-06

點擊次數(shù)：1503

光腔衰蕩光譜技術(shù)原理

光腔衰蕩光譜技術(shù)（CRDS）是上個世紀年代發(fā)明的一種氣體吸收光譜檢測技術(shù)，通過一對反射率超過99.99%的高反鏡組成一個光諧振腔，大大地提升了光在腔內(nèi)的反射次數(shù)，也就提高了待測氣體的吸收光程，根據(jù)光在腔內(nèi)的衰蕩時間來檢測腔內(nèi)的待測氣體濃度，很容易就能達到1ppm以內(nèi)的精確度。并且，激光在腔內(nèi)的衰蕩時間僅與腔鏡反射率和氣體吸收系數(shù)相關(guān)，與激光的功率穩(wěn)定性無關(guān)，這也是CRDS相較其他氣體檢測技術(shù)的優(yōu)點。

CRDS的基本原理如下圖所示,激光從準直頭發(fā)出，通過第一個高反鏡后，大部分光被反射，透過的光在諧振腔中來回振蕩，振蕩次數(shù)可達上萬次，很大程度上增加了吸收光程。根據(jù)Lambert-Beer定律，當一束入射光進入諧振腔開始衰蕩后，PD探測器探測到光信號呈指數(shù)衰減，一直到光功率信號衰減至初始信號的1/e，這段時間就是腔衰蕩時間。

腔衰蕩時間用公式表示為：

其中L表示腔長，α表示氣體吸收系數(shù)，C表示氣體濃度，c表示光速，R表示腔鏡反射率。當R十分接近100%時，InR可以化簡為1-R，因此，在99.99%反射率的諧振腔中，腔衰蕩時間可以化簡為：

由上式可以推出，當諧振腔內(nèi)沒有待測氣體時，即C = 0，空腔衰蕩時間為：

結(jié)合二式，可以計算出氣體濃度：

我們采用1653.7nm的DBF激光二極管作為光源，進行了CH4氣體探測的腔衰蕩光譜實驗，通過可調(diào)的7.5mm準直透鏡調(diào)節(jié)入射諧振腔的光斑。腔長為0.5m，一對高反腔鏡的反射率均大于99.99%，曲率半徑為1m，計算可得，腔內(nèi)諧振的光束腰半徑應(yīng)為0.477 mm，在腔的正中心，并以此反推出入射光的束腰點和束腰半徑。然后通過光斑分析儀觀察入射光，調(diào)節(jié)準直透鏡的距離和準直頭與入射腔鏡的距離，使得符合計算結(jié)果。

諧振腔通光后，以5Hz的速率掃描二極管激光器的電流，使得光頻能掃過至少一個自由光譜程，此時探測器已經(jīng)可以探測到空腔衰蕩信號，微調(diào)腔鏡角度，將衰蕩信號調(diào)至最大，如下圖所示：

產(chǎn)品圖片	產(chǎn)品名稱	產(chǎn)品特點	產(chǎn)品鏈接
	1653.7nm DFB激光器	· 高輸出功率 · 窄線寬 · 內(nèi)置TEC和熱敏電阻 · 2 nm波長可調(diào)	http://www.ld-pd。。ｃｏｍ/?a=cp3&id=210
	調(diào)焦光纖準直器 (焦距4.5/7.5/11mm)	· 三種增透膜非球面透鏡選項: 350- 700nm, 650-1050nm, 1050-1620nm · 與兼容接頭一起使用可以達到衍射極限性能 · 調(diào)節(jié)時對準誤差<15mrad	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cpinfo&id=2328
	超光滑超高反射率(＞99.99%) 反射鏡	· 非常高的反射率 · 中心波長可以定制 · 所有用于 CRD 實驗的反射鏡都帶有背面增透膜 · 平面和球形彎曲熔融石英基材 · 優(yōu)質(zhì)拋光，RMS 粗糙度：≤ 1.5 ?	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cpinfo&id=1905

日产亚洲一区二区三区丨男人和女人高潮免费网站丨人人妻人人澡人人爽欧美二区丨激情欧美成人久久综合丨8x国产精品视频

腔衰蕩技術(shù)原理 - 筱曉光子AOL實驗室⑥