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光腔衰蕩光譜技術(shù)(CRDS)原理

來源: 希戈納(上海)科技有限公司    2021年10月14日 17:09  

光腔衰蕩光譜技術(shù)(簡(jiǎn)稱CRDS技術(shù)),是近幾年來迅速發(fā)展起來的一種高靈敏度的吸收光譜檢測(cè)技術(shù)。因其先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì),已成為分析各種微量或痕量物質(zhì)強(qiáng)有力的工具。

CRDS技術(shù)與傳統(tǒng)吸收光譜檢測(cè)方法有著本質(zhì)的區(qū)別:CRDS技術(shù)測(cè)量光在衰蕩腔中的衰蕩時(shí)間,該時(shí)間僅與衰蕩腔反射鏡的反射率和衰蕩腔內(nèi)介質(zhì)的吸收有關(guān),而與入射光強(qiáng)的大小無關(guān),因此,測(cè)量結(jié)果不受脈沖激光漲落的影響,具有靈敏度高、信噪比高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)、物理及地球和環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域。

光腔衰蕩光譜技術(shù)(CRDS)原理

幾乎每種小的氣相分子(例如,CO2,H2O,H2S,NH3)都具有*的近紅外吸收光譜。在低于大氣壓的壓強(qiáng)下,它由一系列狹窄、分辨良好的尖銳波譜曲線組成,每條曲線都具有特征波長(zhǎng)。因?yàn)檫@些曲線間隔良好并且它們的波長(zhǎng)是已知的,所以可以通過測(cè)量該波長(zhǎng)吸收度,即特定吸收峰的高度來確定任何物質(zhì)的濃度。但是,在傳統(tǒng)的紅外光譜儀中,因痕量氣體產(chǎn)生的吸收量太少而無法測(cè)量,通常靈敏度只能達(dá)到 ppm 級(jí)別。CRDS - 光腔衰蕩光譜 - 通過使用長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里的有效吸收光程來突破這種靈敏度限制。CRDS 能在幾秒鐘或更短的時(shí)間內(nèi)對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè),靈敏度可以達(dá)到 ppb 級(jí)別,甚至有些氣體可以達(dá)到 ppt 級(jí)別。

光腔衰蕩光譜技術(shù)(CRDS),來自單頻激光二極管的光束進(jìn)入由兩面或多面高反射率反射鏡構(gòu)成的衰蕩腔。PULSAR-a溫室氣體分析儀使用三鏡腔,以支持連續(xù)行波光波。與支持駐波的雙鏡腔相比,這可以帶來優(yōu)異的信噪比。當(dāng)激光打開時(shí),脈沖激光沿著光軸注入到腔內(nèi),激光脈沖在腔鏡之間來回反射而形成振蕩??焖俟怆娞綔y(cè)器通過檢測(cè)其中一個(gè)反射鏡逸出的少量光強(qiáng),產(chǎn)生與腔內(nèi)光強(qiáng)成正比的信號(hào),記錄腔內(nèi)激光脈沖的衰減過程,在腔鏡反射率已知的情況下,可以計(jì)算腔內(nèi)氣體濃度的變化。

溫室氣體分析儀

希戈納科技的PULSAR-a溫室氣體分析儀采用了光腔衰蕩光譜技術(shù)(CRDS),能夠同時(shí)測(cè)量二氧化碳(CO?)和甲烷(CH?),靈敏度為十億分之一(ppb),長(zhǎng)期運(yùn)行中的漂移可以忽略不計(jì)。



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