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光腔衰荡光谱(CRDS)和光反馈腔增强吸收光谱(OF-CEAS)

已有 118 次阅读 2025-12-3 09:52 |个人分类:地球科学|系统分类:科研笔记

  光腔衰荡光谱(Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS)和光反馈腔增强吸收光谱(Optical Feedback Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy, OF-CEAS)是两种高灵敏度的激光吸收光谱技术,广泛应用于痕量气体检测、大气化学、环境监测及基础物理研究等领域。

CRDS通过测量高精细度光学谐振腔中光强指数衰减的时间(即“衰荡时间”)来探测样品的吸收特性。当激光脉冲注入腔内后,关闭光源,记录光在腔内来回反射并因镜面损耗和介质吸收而逐渐衰减的过程。吸收越强,衰荡时间越短。该方法不依赖入射光强,具有极高的灵敏度(可达到10⁻¹⁰–10⁻¹² cm⁻¹量级)和良好的稳定性。

OF-CEAS则利用激光器与高反射率腔之间的光反馈效应,使激光频率自动锁定到腔的共振模式上,从而实现连续波激光在腔内的高效耦合。通过检测透射或反射光强的变化,反演出样品的吸收信息。相比CRDS,OF-CEAS无需快速开关激光或高速探测器,系统结构更简单、成本更低,且具备实时响应能力,适合动态测量。

两者均依赖高反射率反射镜构建高品质因子(Q值)光学腔,以延长有效光程(可达数公里),显著提升检测灵敏度。主要区别在于:CRDS基于时间域测量衰减过程,抗干扰能力强;OF-CEAS基于频域或强度稳态测量,仪器更紧凑、易于集成。近年来,二者在微型化、多组分同步检测及现场应用方面持续发展,成为高精度分子光谱分析的重要工具。

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光反馈腔增强吸收光谱(Bergin et al. 2013)



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