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              腔衰蕩技術原理 - 筱曉光子AOL實驗室⑥ 2022-11-07

              光腔衰蕩光譜技術原理

               點擊查看 利用腔衰蕩系統探測CH4在1653.7nm處的吸收峰 - 筱曉光子AOL實驗室⑦

              光腔衰蕩光譜技術(CRDS)是上個世紀年代發明的一種氣體吸收光譜檢測技術,通過一對反射率超過99.99%的高反鏡組成一個光諧振腔,大大地提升了光在腔內的反射次數,也就提高了待測氣體的吸收光程,根據光在腔內的衰蕩時間來檢測腔內的待測氣體濃度,很容易就能達到1ppm以內的精確度。并且,激光在腔內的衰蕩時間僅與腔鏡反射率和氣體吸收系數相關,與激光的功率穩定性無關,這也是CRDS相較其他氣體檢測技術的優點。


              CRDS的基本原理如下圖所示,激光從準直頭發出,通過第一個高反鏡后,大部分光被反射,透過的光在諧振腔中來回振蕩,振蕩次數可達上萬次,很大程度上增加了吸收光程。根據Lambert-Beer定律,當一束入射光進入諧振腔開始衰蕩后,PD探測器探測到光信號呈指數衰減,一直到光功率信號衰減至初始信號的1/e,這段時間就是腔衰蕩時間。



              腔衰蕩時間用公式表示為:


              其中L表示腔長,α表示氣體吸收系數,C表示氣體濃度,c表示光速,R表示腔鏡反射率。當R十分接近100%時,InR可以化簡為1-R,因此,在99.99%反射率的諧振腔中,腔衰蕩時間可以化簡為:



              由上式可以推出,當諧振腔內沒有待測氣體時,即C = 0,空腔衰蕩時間為:


              結合二式,可以計算出氣體濃度:





              我們采用1653.7nm的DBF激光二極管作為光源,進行了CH4氣體探測的腔衰蕩光譜實驗,通過可調的7.5mm準直透鏡調節入射諧振腔的光斑。腔長為0.5m,一對高反腔鏡的反射率均大于99.99%,曲率半徑為1m,計算可得,腔內諧振的光束腰半徑應為0.477 mm,在腔的正中心,并以此反推出入射光的束腰點和束腰半徑。然后通過光斑分析儀觀察入射光,調節準直透鏡的距離和準直頭與入射腔鏡的距離,使得符合計算結果。



              諧振腔通光后,以5Hz的速率掃描二極管激光器的電流,使得光頻能掃過至少一個自由光譜程,此時探測器已經可以探測到空腔衰蕩信號,微調腔鏡角度,將衰蕩信號調至最大,如下圖所示:





              產品圖片產品名稱產品特點產品鏈接

              1653.7nm DFB激光器

              · 高輸出功率

              · 窄線寬 

              · 內置TEC和熱敏電阻       

              · 2 nm波長可調

              http://www.ld-pd.com/?a=cp3&id=210

              調焦光纖準直器 (焦距4.5/7.5/11mm)

              · 三種增透膜非球面透鏡選項: 350- 700nm, 650-1050nm, 1050-1620nm

              · 與兼容接頭一 起使用可以達到衍射極限性能

              · 調節時對準誤差<15mrad

              http://www.taoyunjie.com/?a=cpinfo&id=2328

              超光滑超高反射率(>99.99%) 反射鏡

              · 非常高的反射率

              · 中心波長可以定制

              · 所有用于 CRD 實驗的反射鏡都帶有背面增透膜

              · 平面和球形彎曲熔融石英基材

              · 優質拋光,RMS 粗糙度:≤ 1.5 ?

              http://www.taoyunjie.com/?a=cpinfo&id=1905














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