光腔衰蕩光譜檢測(cè)技術(shù) CRDS

光腔衰蕩光譜（Cavity Ring-Down Spectroscopy，CRDS），將脈沖激光束從線性共振腔的入射鏡射入共振腔，探測(cè)從出射鏡射出的光束。由于共振腔內(nèi)光經(jīng)過(guò)反射鏡的透射，散射，吸收等損耗和共振腔內(nèi)氣相基團(tuán)的光吸收，射入光腔的光強(qiáng)度隨時(shí)間呈指數(shù)衰減，通過(guò)測(cè)量衰減時(shí)間與頻率的關(guān)系，就可以得到共振腔內(nèi)基團(tuán)的吸收光譜。

激光束在一個(gè)高反射率(通常R>99.9%)的諧振腔中反復(fù)傳輸，每在腔中來(lái)回反射一次，強(qiáng)度都會(huì)由于腔中介質(zhì)的吸收與散射，而降低一個(gè)固定的比例。于是腔內(nèi)光脈沖的強(qiáng)度被確定為一個(gè)隨時(shí)間變化的指數(shù)函數(shù)。

I(t)=I0e-t/τ

工作原理是基于測(cè)量衰減率而不是絕對(duì)吸收。這是其擁有超過(guò)傳統(tǒng)光譜方法靈敏度的原因，因其免疫了激光脈沖的強(qiáng)度波動(dòng)。衰減常數(shù)，是光強(qiáng)從原有強(qiáng)度下降到 1/e 所用的時(shí)間，被稱(chēng)為衰蕩時(shí)間，和腔內(nèi)的損耗機(jī)制相關(guān)。對(duì)于空腔，衰減常數(shù)依賴于鏡子的反射損耗和各種光學(xué)現(xiàn)象如散射和折射：

其中n是腔內(nèi)介質(zhì)的折射率，c是真空中的光速，l是腔長(zhǎng)，R是鏡子反射率，并考慮到其他帶來(lái)光的損失的雜項(xiàng)X。 這個(gè)方程使用近似ln(1+x)≈x，x接近于零時(shí)成立，這符合一般光腔衰蕩光譜中的情況。通常，出于簡(jiǎn)化考慮，將雜項(xiàng)損失視作一個(gè)等效的反射損耗。當(dāng)一個(gè)有吸收的樣品在腔內(nèi)時(shí)，根據(jù)比爾-朗伯定律，將增大損耗。假設(shè)該樣品充滿整個(gè)空腔，其中α是該樣品的吸收系數(shù)。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1. 不會(huì)受到激光的強(qiáng)度波動(dòng)的影響。 在大多數(shù)吸收測(cè)量中，光源光強(qiáng)必須假定是穩(wěn)定，不會(huì)因有無(wú)樣品而改變。任何光源光強(qiáng)的漂移都會(huì)在測(cè)量中引入誤差。 在光強(qiáng)衰蕩光譜中，衰蕩時(shí)間并不取決于激光的強(qiáng)度，則這種激光強(qiáng)度的波動(dòng)都不再是問(wèn)題。因其不依賴于激光強(qiáng)度，使得它不需要用到外部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)或?qū)φ铡?/span>

2.  非常長(zhǎng)的吸收長(zhǎng)度，非常靈敏。在吸收測(cè)量中，最小可探測(cè)吸收正比于樣品的吸收長(zhǎng)度。由于光在反射鏡之間被來(lái)回反射了很多次，使得它有非常長(zhǎng)的吸收長(zhǎng)度。例如，激光脈沖來(lái)回通過(guò)一個(gè)一米的光腔500次，就會(huì)帶來(lái)1公里的有效吸收長(zhǎng)度。