第31卷，第3期 2011年3月
与光谱
谱学光
分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
高灵敏的连续激光光腔衰荡光谱仪及其应用
宋科峰，高波，刘安雯，王
三娜，胡水明”
中国科学技术大学化学物理系，合肥微尺度物质科学国家实验室，安徽合肥230026
Vol.31,No.3.pp835-838
March,2011
摘要基于连续可调谱的钛宝石激光光源，建立了光腔衰荡光谱(CRDS)装置，实验表明，其不但具有 10-*cm""的光谱分辨率，测量灵敏度也好于10-10，cm"。通过对C,H气体在12696.4cm*附近的吸收光谱测量，验证了该装置的定款测量能力，并通过对混有衰量CH；气体的氮气样品的光谐测量，表明该装置对C,H，气体的检测限为0.2ppmv。
光腔衰荡光谱；振转光谱；痕量检测；乙炔
关键调
中图分类号：0561.3
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2011)03-0835-04
更窄，可至MHz量级或者更小，这样就可亲免多个纵模同时耦合，从面可能提高灵敏度，同时更窄的激光线宽也可大大提高光谱分辨率，Awtry等利用1.54μm连续波二极管激
自从腔内衰荡光讲（cavityringdownspectroscopy， CRDS)被用于气相光讲的测量()，该技术就因其超高的灵收度受到人们的关注，数于米级的等效吸收长度使得它能够探测到痕量气体样品的微弱吸收，从而被广泛地应用于痕量气体的探测与分析(18)
腔内衰药光谱的基本原理在很多文献中都有详细的介绍(9-)。其基本原理是：单频激光在衰荡腔内来回反射，其功率随时间指数减，衰荡时间r
(R C1-R,R
其中L为腔长，c为光速，R；和R；为衰伤腔的两个反射镜的反射率，当R，Rz=1时，rL/c(1-R)，通过测量激光的衰荡曲线，然后用敢小二乘法进行指数拟合，即可得到 7。当腔内充有吸收样品气体时，其吸收系数可以写成
() 13
to
其中r和t。分别是腔内有样品气体和没有样品气体时的衰荡时间。
早期的腔内衰荡光谱大多采用脉冲激光作为光源，但由于激光线宽较大，在激光衰荡的过程中会出现多织模间时与光腔耦合的情况，如此激光的疫荡曲线便成为多个指数衰减相希加的结果，此时作拟合得到的样品气体吸收系数存在较大的偏(约1%水平)。与脉冲激光相比，连续激光的线宽
收稿日期：2010-05-10，修订日期：2010-08-20
光器，建立了灵敏度为10-"，cm的光腔衰荡光谱装置，对空气中NH，CHz，HCN等多种痕禁成份进行了检测试验(3)，Pradhan等利用类似的方法和2.8×10-*，cm"1的灵敏度，并结合样品预浓缩的方法，对空气中CH；气体的检测限可达35pptv2)，
本文介绍作者在合肥建立的基于连续可调谐的钛宝石激光光源的CRDS装置，利用由一对反射率达99.995%的超高反射率镜片构成的光腔，在750～850nm波段实现了好于 10-"，cm"的测量炎敏度，通过实验对其定量测量能力进行了检验，并作为测试，对痕量的乙炔气体进行了实验检测。
实验 1
所建立的连续波激光光腔衰荡光谱测量装置的基本结构如图1所示。激光光源采用了美国相于公可的899-21型连续环形腔钛宝石激光器，由一台输出波长为532nm的固体激光器（Verdi-18)象浦，可覆盖700~1000nm的光讲范围，激光L作时其波长由一台WA-1500型波长计监视。激光输出经过一个声光调制器(A()M)后，再通过光纤及透镜L和L 耦合后送人衰荡腔。衰荡腔腔体长1.25m，两端的反射镜(LosGatosResearchInc)的标称反射率为99.995%，曲率半径1m，输出端腔镜利用一片压电陶瓷管(PZT)以100Hz的
金项目：国家自然科学基金项目（10728408，20902085）和国家重点基础研究发展计划项目（2007CB922001）资助
作害简介：宋科峰，1982年生，中国科学技术大学化学物理系博1研究生
.通讯联系人
万方数据
e-mail;smhu@ustc.edu.cn
e-meil,kfsong@email. uste. edu.cn