第34卷，第8期 2014年8月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34,No, 8.pp2026-2030
August, 2014
兽器电
赵刚，李志新，马维光“，付小芳，谭巍，董磊，张雷，尹王保，贾锁堂
量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西大学激光光谱研究所，山西太原030006
摘要腔衰荡光谱技术（cavityring-down spectroscopy，CRDS）是一种高灵敏的激光吸收光谱技术，被广泛应用于镜片反射率测量、光谱分析以及痕量气体检测等研究领域。首先从理论上描述了CRDS技术的实验原理，然后基于555定时器自行设计了一种可应用于CRDS技术的阔值电路，并通过实验进行了验证，为了优化阔值电路的性能，研究了不同输人阻抗及容抗下阔值电路对衰满事件测量的影响。通过直接接人不同值的电容与电阻，发现输入电容越大，输入阻抗越小，对衰荡事件的测量影响越大，尤其当阀值电路输人
电阻小于50Q时，衰荡事件的线型严重扭曲，
对不回同输入电阻与输人电容时CH，气体在6531.7805cm
处的吸收信号进行了采集与分析，发现输人电容与输入电阻的改变对测量结果有很大的影响，得到的吸收信号会失真，甚至无法进行拟合。最终给出了阀值电路的最佳设计方案，在阔值电路的设计申选取的输入阻抗越大越好，最小要在100以上，选取的容抗越小越好，最好低于1nF，同时要保证阔值电路的时间常数
远小于衰荡时间。该研究对于CRDS技术应用过程中阀值电路的设计具有重要的参考价值，关键词腔衰满光谱；阔值电路；吸收光谱；定时器
中图分类号：0439
引言
文献标识码：A
DOI: 10, 3964/j. issn. 10000593(2014)08202605
阐述了CRDS的基本操作原理，并使用脉冲激光器对氧气分子可见光区域的吸收线进行了探测，但是测量得到的光谱分辨率很低，这是由于脉冲激光器频率稳定性较差，频率的线
随着我国工业化和城市化的发展，大量生产和生活中产生的废气被排放到大气中，严重影响了大气环境的质量，不仅阻碍了国民经济的发展，而且危害到了人类的身体健康。因此对污染气体进行监测显得尤为重要。目前，已发展的气体检测方法主要分为传统的化学检测方法以及新型的激光光谱检测法，激光光谱检测技术由于其实时、在线、高灵敏等优点面得到广泛认可。光腔衰荡光谱技术是一种近些年发展迅速的高灵敏直接吸收光谱技术，它是通过测量腔内光场的衰荡时间来获得吸收介质浓度的。由于该技术的低复杂度，高精度，不受激光强度变化影响等原因使得该技术很快应用到了社会生产生活中[2-5]，
CRDS的思想是在不断提高镜面反射率测量精度的过程中诞生的，最初在1980年，Herberlin使用光学腔相移技术来测量镜片的反射率"。1984年Anderson通过激光强度的指数衰减测量镜片的反射率[门，1988年O'Keefe和Deacon
收稿日期：2013-09-19，修订日期：2014-02-21
宽大于腔的自由光谱区[，而1996年Romanini等提出基于连续激光源的CRDS(CW-CRDS)，由于连续激光器的高重复率、高光谱精度，使得CRDS的应用前景更加广阔[9]
实现CW-CRDS的关键技术在于当腔内激光场构建到一定幅度时，迅速将激光关断，实现腔内激光强度随时间的自由衰减，通常的方法是使用阔值电路对腔的透射信号进行监测，当检测到的光强信号幅度达到设定的阀值时，产生触发信号控制光学开关迅速关断激光束，从而实现腔内激光强度的衰减，在这个过程中，由于引人阀值电路总是具有一定的阻抗和容抗，电阻分压、电容充放电等作用势必会对衰荡信号产生影响。本工作自行设计了基于555定时器的阀值电路，实现了CRDS信号探测，并通过实验研究了阔值电路阻抗和容抗对衰荡信号的影响，分析了产生影响的原固，最后给出了CRDS阀值电路设计中电阻电容的选择规则。研究工作对于CRDS的实际应用具有重要的参考意义
基金项目：国家重点基确研究发展计划（973计划)项目（2012CB921603），国家高技术研究发展计划（863计划)项目（2009AA063006），国家
自然科学基金项目（61127017，61275213，61205216，61108030，61178009，60908019）和山西省青年科学基金项目(2010021003-3, 2012021022-1)资助
作者简介：赵刚，1990年生，山西大学激光光谱研究所硕士研究生
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