第32卷，第1期 2012年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.32,No.1,pp41-45
January,2012
利用离轴腔增强吸收光谱技术探测实际大气中的二氧化碳
赵辉，王贵师，蔡廷栋，高晓明
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气物理化学研究室，安徽合肥230031
摘要以1.573um窄线宽可调谐半导体激光器作光源，结合高精细度光学谱振腔的离轴腔增强吸收光谱技术，选择CO：在6357.3116cm-1的吸收谱线，对实际大气CO；分子进行了测量。为了得到更准确的有效方程，对谐报腔吸收程长的标定方法进行了研究，给出了一种简单、实用的标定方法。实验结果表明，高精密度光学诺振腔的有效吸收程长为~1195.73m，测得实际大气CO;的浓度为～388.3ppm(S/N~22)，最小可探测浓度为17.65Ppm。将波长调制技术与OA-CEAS技术结合后，最终将CO2分子的最小可探测浓度提高到0.36ppm(S/N~1064)。
同离轴腔增强吸收光谱；CO；高精密度光学谱振腔；最小可探测浓度；波长调制
关键词
中图分类号：0433.1
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2012)01-0041-05
OA-CEAS的理论在文献[6，7]里已经进行了详细的论述。离轴腔可看作是空气欧的法布里-珀罗腔，激光在腔内的传输可以用图1来描述。
自20世纪以来，随着工业化进程加速，人口猛增、大量矿质燃料的燃烧、森林的大面积砍伐等人为活动造成温室气体急剧增加。产生温室效应的气体主要有：CO，CH，CO， CFC和O，等气体，其中CO，对温室效应的贡献约占60% CH占20%，N.O、氟氟烃等工业气体和臭氧占20%。工业革命前，大气中CO:浓度一直在200280ppm之间浮动，据美国冒纳罗亚气象台记录的数据，2008年大气中CO平均浓度达到379ppm，比一年前上升了3ppm，创历史最高值。因此对CO：的研究一直是国内外学者研究的重要课题之*cs-o-
为了实现浓度在ppm到ppt量级的痕量气体的在线探测，发展了许多增强灵敏度及减小噪声的光谱学方法，每种探测技术都有其优缺点，应根据实际情况，特别是探测灵敏度及选择性要求来选用具体的探测方法。文中利用离轴腔增强吸收光谱(OA-CEAS)技术，选择分布反馈式半导体激光器作为光源，采用扫描及波长调制对实际大气中CO，进行了
测量。 1
实验原理 1.1
离轴腔增强吸收光谱(OA-CEAS)技术收稿日期：2011-03-16，修订日期：2011-07-20
R
1-d
Fig, 1Fabry-Perot cavity
R
设人射光强为I，腔内单程损耗为L，前腔镜和后腔镜的表面反射率均为R，忽路腔镜中的损耗。
第一次出射光强为
I; = Is(1R)(1L)(1R)
第二次出射光强为
(1)
I2 = I (1R)(1L)R(1 L)R(1L)(1R) (2) 第三次出射光强为
()(()()()" =
(3)
基金项目：中国科学院重大科研装备项目（YZ200818)和国家高技术研究发展计划项目(2009AA06Z204)资助
作者简介：赵辉，1984年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学研究室硕土研究生
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