1、 1Laser spectroscopy and its application Laser spectroscopy and its application2第一節 基本吸收光譜技術第二節 高靈敏度吸收光譜技術第三節 耦合雙共振與快速吸收光譜技術第四節 外場掃描吸收光譜技術第五節 光聲與光熱光譜技術1. Beer定律定律 當一束光穿過某種介質時，介質分子要對光產生吸當一束光穿過某種介質時，介質分子要對光產生吸收。為了獲得某種分子在某個波段上的吸收光譜，通常收。為了獲得某種分子在某個波段上的吸收光譜，通常采用一個發射連續譜的光源，通過透鏡采用一個發射連續譜的光源，通過透鏡L1將光源發出的將光源

2、發出的光變成平行光束，然后通過充滿該分子的吸收池，透射光變成平行光束，然后通過充滿該分子的吸收池，透射光束經會聚透鏡光束經會聚透鏡L2會聚到光譜儀會聚到光譜儀(單色儀單色儀)的入口狹縫。的入口狹縫。第一節第一節 基本吸收光譜技術基本吸收光譜技術3Laser spectroscopy and its application圖圖4-1 傳統吸收光譜實驗裝置傳統吸收光譜實驗裝置4Laser spectroscopy and its application發射連續發射連續譜的光源譜的光源傳統吸收光譜Laser spectroscopy and its application5 分子吸收入射光束在傳輸過

3、程中要產生衰減，用分子吸收入射光束在傳輸過程中要產生衰減，用光譜儀作波長選擇器，由光電檢測器檢測記錄下以頻光譜儀作波長選擇器，由光電檢測器檢測記錄下以頻率率(或波長或波長)為函數的透射光強為函數的透射光強IT()，就得到該分子在，就得到該分子在這個光譜區上的吸收光譜。這個光譜區上的吸收光譜。( )dIIdl 0( )/exp( ) IIL 當一束強度為當一束強度為I0的光穿過充滿氣體的吸收池后，其強度會的光穿過充滿氣體的吸收池后，其強度會因因分子吸收而衰減。入射光在穿過厚度為分子吸收而衰減。入射光在穿過厚度為dl的分子層時其強度的的分子層時其強度的衰衰減量減量dI與傳輸到這里的光強與傳輸到這里

4、的光強I成正比成正比：當當()為與光強無關的常數時，這種線性吸收為與光強無關的常數時，這種線性吸收(dII)稱為朗伯稱為朗伯-比爾比爾(Lambert Beer)定律。定律。初始光強初始光強6Laser spectroscopy and its application表示單位路程上表示單位路程上吸收系數吸收系數Laser spectroscopy and its application70( )exp( ) IIL 光譜的形成：光譜的形成： 0ln/TI IL 在光譜工作中，吸收系數在光譜工作中，吸收系數()是一個重要得測量參是一個重要得測量參數數，由，由Beer定律可知，它可由吸收光程定律可

5、知，它可由吸收光程L與測量透過樣與測量透過樣品的光強品的光強IT()來計算來計算8Laser spectroscopy and its application一般氣體樣品一般氣體樣品吸收系數吸收系數()比較小：比較小：()xx1 1L 0( )( )exp( ) TIIL 121( )( )dIBNh dl 愛因斯坦愛因斯坦的能級躍遷的能級躍遷:入射入射光頻率光頻率=(2- 1)/h，分子，分子才能吸收入射光。在厚度為才能吸收入射光。在厚度為dl的分子層內，強度為的分子層內，強度為I的的入射光的衰減量入射光的衰減量dI能級能級1上的粒子數與輻射場的能量上的粒子數與輻射場的能量密度密度()的乘積

6、的乘積， 什么是吸收系數什么是吸收系數()Laser spectroscopy and its application9能級能級12躍遷的愛因斯坦系數躍遷的愛因斯坦系數吸收躍遷幾率吸收躍遷幾率 ( )SXP什么是吸收線型什么是吸收線型Laser spectroscopy and its application10 ( )SXP 為面積歸一化函數為面積歸一化函數（可能是：（可能是：Lorentz、Gauss、Voigt函數中函數中的一種）的一種）: cm0()1d 2201/ 24L202ln 22ln 2 /expDDD什么是吸收線強什么是吸收線強Laser spectroscopy and

7、its application11分子吸收線強分子吸收線強濃度濃度壓力壓力 ( )SXP S: cm-2/atmX: ConcentrationP: atm什么是吸收線強什么是吸收線強 00000110011( )hchcEhckTkTTkTS TQ TTeeS TeQ TT配分函數配分函數躍遷對應的躍遷對應的低能級能量低能級能量Kelvin Kelvin 溫度溫度波數波數 cmcm-1-1波爾茲曼常數波爾茲曼常數普朗克常數普朗克常數0000( ) 2 2() =ln2 LDLDSXPSXP 考慮到考慮到()圍繞中心頻率圍繞中心頻率0存在線形分布：存在線形分布： ()=0(0)(- 0):什么

8、是吸收系數什么是吸收系數()Laser spectroscopy and its application130() 為峰值歸一化函數用來估算吸收光用來估算吸收光譜技術的探測靈譜技術的探測靈敏度敏度0( )( )exp( ) IIL 0ln()ISXPLI 用吸收系數用吸收系數()表示表示Beer定律：定律：14Laser spectroscopy and its applicationS: cm-2/atmX: ConcentrationP: atm: cmL: cm ( )SXP Laser spectroscopy and its application15激光吸收光譜Laser spec

9、troscopy and its application16激光所具有的特點是：激光所具有的特點是：譜線寬度極窄譜線寬度極窄相干性優良相干性優良光譜功率密度高光譜功率密度高波長可調諧波長可調諧( (頻率與幅度頻率與幅度進行調制等進行調制等) )激光吸收光譜特點激光吸收光譜特點17Laser spectroscopy and its application (1) 有很高的光譜分辨率有很高的光譜分辨率 在傳統吸收光譜技術中，光譜的分辯率受到譜線在傳統吸收光譜技術中，光譜的分辯率受到譜線展寬效應的限制，又受儀器分辨率的限制，例如受到展寬效應的限制，又受儀器分辨率的限制，例如受到分光元件分光元件(

10、(如光柵如光柵) )分辨率和狹縫寬度等因素的影響。分辨率和狹縫寬度等因素的影響。 激光光譜中激光光譜中使用使用線寬很窄的激光光源，只要通過線寬很窄的激光光源，只要通過逐一調諧激光波長，就可從光電檢測器直接給出以波逐一調諧激光波長，就可從光電檢測器直接給出以波長長( (或頻率或頻率) )為函數的透射光強為函數的透射光強I I1 1( () )。當波長掃過所需。當波長掃過所需測量的光譜區后，就得一幅吸收光譜譜圖。測量的光譜區后，就得一幅吸收光譜譜圖。18Laser spectroscopy and its application 因此因此當使用當使用線寬很窄線寬很窄的激光光源時，光譜分辨率的激光光

11、源時，光譜分辨率主要決定于被測分子的譜線的展寬效應，不再受到光主要決定于被測分子的譜線的展寬效應，不再受到光譜儀器的限制。激光光源的線寬一般可以達到譜儀器的限制。激光光源的線寬一般可以達到10-510-8cm-1數量級數量級(也就是說也就是說MHzKHz)，用這樣的窄譜光，用這樣的窄譜光源就可獲得原子分子的一些譜線中的精細結構。源就可獲得原子分子的一些譜線中的精細結構。19Laser spectroscopy and its application圖圖4-2 SF6分子的分子的3帶的吸收光譜帶的吸收光譜 20Laser spectroscopy and its application用半導體激

12、光器測量到的用半導體激光器測量到的SF6分分子的子的3帶的高分辨紅外吸收光譜，帶的高分辨紅外吸收光譜，其分辨率達到其分辨率達到31010-5cmcm-1，圖中還，圖中還給出了用采用性能優良的光柵紅給出了用采用性能優良的光柵紅外光譜儀測量外光譜儀測量(分辨率分辨率0.07cm-1)所測的同一個光譜，可見如用傳所測的同一個光譜，可見如用傳統技術就不能記錄到在統技術就不能記錄到在950cm-1波段附近的復雜光譜結構。波段附近的復雜光譜結構。( (2) 2) 很高的檢測靈敏度很高的檢測靈敏度 根據朗伯根據朗伯- -比爾定律，吸收強度隨吸收比爾定律，吸收強度隨吸收光程光程增增加而增加，因而增加吸收光程亦

13、可提高檢測靈敏度。加而增加，因而增加吸收光程亦可提高檢測靈敏度。普通光源的強度低發散角大，不能通過增長樣品普通光源的強度低發散角大，不能通過增長樣品池來提高檢測靈敏度。池來提高檢測靈敏度。激光是單色亮度高、準直性能好，可以用多次來激光是單色亮度高、準直性能好，可以用多次來回反射的樣品池增加吸收光程。回反射的樣品池增加吸收光程。對于吸收系數小，被檢測粒子稀疏的物質，增加對于吸收系數小，被檢測粒子稀疏的物質，增加吸收光程是一種很有效的提高檢測靈敏度的辦法吸收光程是一種很有效的提高檢測靈敏度的辦法。21Laser spectroscopy and its application圖圖4-3 激光吸收光

14、譜測量原理裝置激光吸收光譜測量原理裝置22Laser spectroscopy and its application 激光光源的激光光源的光譜功率密度光譜功率密度很高，因此探測器很高，因此探測器本身的噪聲可以忽略不計。雖然激光強度起伏會影響本身的噪聲可以忽略不計。雖然激光強度起伏會影響靈敏度，但可以采用平衡檢測方法克服激光強度起伏靈敏度，但可以采用平衡檢測方法克服激光強度起伏引起的影響。引起的影響。23Laser spectroscopy and its application 如：將入射激光如：將入射激光I()分成探測光束分成探測光束I1()=I()與參與參考光束考光束I2 ()=(1-)

15、I() ，為分束器的分束比。參為分束器的分束比。參考光束考光束I2()直接到達探測器直接到達探測器PD2; 探測光束探測光束I1()在在穿過樣品池后到達探測器穿過樣品池后到達探測器PD1，光強為，光強為I1() ，設，設被樣品吸收的光強為被樣品吸收的光強為I I() ，則，則Laser spectroscopy and its application24)()()( 11III21( )( )( )(1) ( )( )( )( )(12 ) ( )sIIIIIIII ( )( )sII 探測器探測器PD1與與PD2輸出到平衡器，則平衡器的輸出信號輸出到平衡器，則平衡器的輸出信號Is()比例于比

16、例于當當=1/2時，時， Is()為為25Laser spectroscopy and its application吸收光譜吸收光譜0000/2/2/2/2( ) ( )( )IdIIId 00/2/2( )IdI只要可分辯光譜間隔只要可分辯光譜間隔優于吸收線的線寬優于吸收線的線寬，檢測靈敏度隨著光譜分辨率檢測靈敏度隨著光譜分辨率/的增加而增加的增加而增加。設：單位吸收光程的相對強度衰減為設：單位吸收光程的相對強度衰減為假設在假設在間隔內間隔內I()基本保持不變，則有基本保持不變，則有26Laser spectroscopy and its application( ) ( )( )IdId

17、 00/2/21( )IdI 用很窄的激光可得很小的光譜間隔用很窄的激光可得很小的光譜間隔，從而大大增加，從而大大增加了檢測靈敏度。了檢測靈敏度。27Laser spectroscopy and its application00/2/2( )IdI0000/2/2/2/2( ) ( )( )IdIIId (3) 能實現高精度的光譜定標能實現高精度的光譜定標 激光在入射光束在進入樣品池之前用一分束器分激光在入射光束在進入樣品池之前用一分束器分出一束弱光，將其耦合進出一束弱光，將其耦合進FP干涉儀，當調諧激光頻干涉儀，當調諧激光頻率時，干涉儀將透射出一系列極大值。兩極大值之間率時，干涉儀將透射出

18、一系列極大值。兩極大值之間的間距由干涉儀的自由光譜區的間距由干涉儀的自由光譜區ffsr決定決定(fsr=c/2nrL)， L為干涉儀兩反射鏡間的距離。將干涉儀透射極大值同為干涉儀兩反射鏡間的距離。將干涉儀透射極大值同時記錄到光譜圖上，就完成了對光譜的波長標度。時記錄到光譜圖上，就完成了對光譜的波長標度。28Laser spectroscopy and its applicationLaser spectroscopy and its application29激光光譜的用途（1）Laser spectroscopy and its application30 0ln()SPLXIdI測量濃度測

19、量濃度/ /成分識別成分識別 0ln()ILSXPLI 激光光譜的用途（2）Laser spectroscopy and its application31 0( )ln()( )SPLXII 測量速度測量速度含有Doppler加寬寬度 0ln()ISXPLI 0Vvvc2激光器光纖分束單模光纖激光光電探測器激光光譜的用途（2）Laser spectroscopy and its application322激光器光纖分束單模光纖激光光電探測器0(2sin )Vvvc 0Vvvc0(2sin ) vVvc測量速度測量速度激光光譜的用途（3）Laser spectroscopy and its

20、application33測量溫度測量溫度 0ln()ISXPLI 0111122202( )ln()( )( )ln()( )IIS T PLXS TR TST PLXSTII 1TRT激光光譜的用途（3）Laser spectroscopy and its application34 00000110011( )hchcEhckTkTTkTS TQ TTeeS TeQ TT1201110112202,( ),hc EEkTTS TAR TeAST激光光譜的用途（3）Laser spectroscopy and its application35測量溫度測量溫度提高激光光譜的探測靈敏度的方法

21、：Laser spectroscopy and its application361、壓制噪聲2、選擇S3、增大吸收路徑 0ln()ISXPLI 1. 頻率調制光譜技術頻率調制光譜技術1.1 基本原理基本原理透過吸收池的光強來獲得吸收光譜的背景噪聲來源：透過吸收池的光強來獲得吸收光譜的背景噪聲來源： 吸收池窗的吸收；吸收池窗的吸收； 激光強度的起伏；激光強度的起伏； 吸收池內被測分子的密度起伏。吸收池內被測分子的密度起伏。由于背景噪聲的頻譜在低頻段，采用對激光頻率由于背景噪聲的頻譜在低頻段，采用對激光頻率進行高頻調制的方法可以抑制這種低頻背景噪聲。進行高頻調制的方法可以抑制這種低頻背景噪聲。第

22、二節第二節 高靈敏度吸收光譜技術高靈敏度吸收光譜技術Laser spectroscopy and its application37Laser spectroscopy and its application38調制的具體方法根據激光器結構有不同特點：調制的具體方法根據激光器結構有不同特點：對染料激光器通常的做法是改變諧振腔長度或加對染料激光器通常的做法是改變諧振腔長度或加入標準具的方法進行調制入標準具的方法進行調制對半導體二極管激光器，可以對電流進行交流調對半導體二極管激光器，可以對電流進行交流調制。且連續調諧，對于在中紅外區光譜區進行分子振制。且連續調諧，對于在中紅外區光譜區進行分子振動和

23、轉動的高光譜分辨率檢測提供了非常優越的光源。動和轉動的高光譜分辨率檢測提供了非常優越的光源。因此因此以頻率調制為基礎的以頻率調制為基礎的TDLAS迅速發展起來，與長迅速發展起來，與長光程吸收池技術相結合，成為一種重要的痕量氣體檢光程吸收池技術相結合，成為一種重要的痕量氣體檢測方法測方法。Laser spectroscopy and its application39調制光譜技術：調制光譜技術：波長調制光譜與頻率調制光譜波長調制光譜與頻率調制光譜。兩者的主要差別：兩者的主要差別：調制頻率和調制幅度調制頻率和調制幅度波長調制：波長調制：調制幅度大調制幅度大(接近被測譜線的線寬接近被測譜線的線寬)，

24、而調制，而調制頻率較低頻率較低(數數kHz到數十到數十kHz) ；頻率調制頻率調制：調制幅度較小但調制頻率很高調制幅度較小但調制頻率很高(數百數百MHz，與被測譜線的線寬相當與被測譜線的線寬相當) 。頻率調制在數百頻率調制在數百MHz的頻率調制，各種噪聲已降低到可的頻率調制，各種噪聲已降低到可忽略的水平，因此可以達到高的檢測靈敏度。但頻率調忽略的水平，因此可以達到高的檢測靈敏度。但頻率調制光譜的解調困難，檢測結果的分析比較復雜，制光譜的解調困難，檢測結果的分析比較復雜，因此波因此波長調制光譜相對實用長調制光譜相對實用。40Laser spectroscopy and its applicati

25、on圖圖4-4 波長調制吸收光譜技術的示意圖波長調制吸收光譜技術的示意圖波長調制吸收光譜技術波長調制吸收光譜技術Laser spectroscopy and its application41函數發生器產生的數十函數發生器產生的數十Hz的線性掃描與數十的線性掃描與數十kHz頻率頻率m的正弦的正弦迭加信號，注入進二極管激光器，產生波長調制光譜。迭加信號，注入進二極管激光器，產生波長調制光譜。激光器的輸出光頻激光器的輸出光頻率在作線性掃描的率在作線性掃描的同時還受交流調制同時還受交流調制Acosmt。受調制吸。受調制吸收信號經光電檢測收信號經光電檢測器檢測后送入相敏器檢測后送入相敏檢波器檢測出樣品

26、檢波器檢測出樣品的吸收光譜。的吸收光譜。Laser spectroscopy and its application42圖圖4-5 波長調制的基本過程波長調制的基本過程43Laser spectroscopy and its application波長調制所產生的吸收曲線特征：波長調制所產生的吸收曲線特征：對于一次諧波解調，吸收曲線的較大斜率處對于一次諧波解調，吸收曲線的較大斜率處時將產生幅度較大調制強度信號；時將產生幅度較大調制強度信號；在譜線的中心頻率在譜線的中心頻率0兩側，產生的調制信號相兩側，產生的調制信號相位相反；位相反；在譜線中心頻率在譜線中心頻率0處，調制信號的幅度很小，處，調制

27、信號的幅度很小，且信號的調制頻率的基頻上升為且信號的調制頻率的基頻上升為2m。44Laser spectroscopy and its application000220023331( )( ) 1()cos()(1 cos2)2!21()(3coscos3)3!4TmmmmdPXSL dIIPXSLPXSLFtFtddPXSL dFttd 設吸收線的線寬為設吸收線的線寬為 G G ，當調制，當調制頻率偏移遠小于線頻率偏移遠小于線寬，寬，F=m，高階項可以忽略。當在調制頻率，高階項可以忽略。當在調制頻率m上進行相敏檢測，就得強度比例于樣品吸收的一階導上進行相敏檢測，就得強度比例于樣品吸收的一階

28、導數的信號。數的信號。45Laser spectroscopy and its application 當吸收很弱當吸收很弱(PXSL()0.99，因而空腔的腔振鈴時間，因而空腔的腔振鈴時間0近似為近似為設設L=30cm，R=0.99969Laser spectroscopy and its application ( )SPX 1( )(1)LRLc 腔內放進測試樣品，則需在總損耗腔內放進測試樣品，則需在總損耗(1-R)中要加進樣品中要加進樣品吸收而引起的損耗，吸收而引起的損耗，在光頻率在光頻率處的腔振鈴時間處的腔振鈴時間()為為70Laser spectroscopy and its ap

29、plication可見腔振鈴腔的腔振鈴時間由于吸收而減小可見腔振鈴腔的腔振鈴時間由于吸收而減小 1( )(1)LRSPXLc 011( )SPXL 0111( )( )XPS 其倒數為其倒數為因此可以從腔振鈴時間的倒數之差中求得被測分子的因此可以從腔振鈴時間的倒數之差中求得被測分子的濃度：濃度：71Laser spectroscopy and its application 1( )(1)LRLc 與分子濃度及吸收與分子濃度及吸收線強成正比線強成正比假定腔的損耗與頻率無關，樣品吸收損耗是光頻率函數，假定腔的損耗與頻率無關，樣品吸收損耗是光頻率函數，由光強的衰減速率可求得光譜區內樣品在不同波長上

30、對由光強的衰減速率可求得光譜區內樣品在不同波長上對光的吸收。腔振鈴吸收光譜光的吸收。腔振鈴吸收光譜( (CRAS)CRAS)技術是通過衰減速技術是通過衰減速率對頻率的關系獲得吸收光譜。率對頻率的關系獲得吸收光譜。與通常吸收光譜技術測與通常吸收光譜技術測量樣品對光吸收而引起強度變化不同，量樣品對光吸收而引起強度變化不同，CRASCRAS是測量因是測量因樣品吸收而引起的腔內光強的衰變速率樣品吸收而引起的腔內光強的衰變速率( (時間時間) )變化變化。可見可見CRASCRAS測量與光源的光強漲落無關，這是測量與光源的光強漲落無關，這是CRASCRAS的一的一個重要特點。個重要特點。由于所用光源的不同

31、，由于所用光源的不同，CRASCRAS又可分為脈又可分為脈沖激光的或連續激光的沖激光的或連續激光的CRASCRAS技術技術。3.3.2 2 腔振鈴吸收光譜腔振鈴吸收光譜( (CRAS)CRAS)技術技術Laser spectroscopy and its application72 脈沖脈沖CRAS是光腔被光脈沖激發后，光電檢測器便是光腔被光脈沖激發后，光電檢測器便可檢測到光強的時間衰變。可檢測到光強的時間衰變。如果激光縱模與諧振腔的腔如果激光縱模與諧振腔的腔模之間沒有達到匹配，腔內光場就會出現干涉現象模之間沒有達到匹配，腔內光場就會出現干涉現象。兩。兩者間的干涉將導致腔內光強漲落，從而干擾光

32、譜測量，者間的干涉將導致腔內光強漲落，從而干擾光譜測量，也就限制了腔振鈴吸收光譜的靈敏度的提高。由于脈沖也就限制了腔振鈴吸收光譜的靈敏度的提高。由于脈沖激光的相干長度較短，它是許多縱模合成的光束，可以激光的相干長度較短，它是許多縱模合成的光束，可以使腔內的光場干涉變為小振幅的隨機漲落，減輕對光譜使腔內的光場干涉變為小振幅的隨機漲落，減輕對光譜測量干擾。測量干擾。(1) (1) 脈沖激光脈沖激光CRASCRAS技術技術Laser spectroscopy and its application73圖圖4-11 腔振鈴吸收光譜的典型結構腔振鈴吸收光譜的典型結構74Laser spectroscop

33、y and its application圖圖4-12 激光汽化與反應生成金屬化合物的激光汽化與反應生成金屬化合物的CRAS光光譜測量裝置譜測量裝置激光汽化與反應生成金屬化合物的激光汽化與反應生成金屬化合物的CRAS吸收光譜測量的實驗裝置吸收光譜測量的實驗裝置Laser spectroscopy and its application75 吸收光譜技術是建立在朗伯吸收光譜技術是建立在朗伯- -比爾定律基礎上的，比爾定律基礎上的，激光光源的線寬必須遠小于介質的吸收線寬，否則，激光光源的線寬必須遠小于介質的吸收線寬，否則，腔內光強的衰減將不再遵循指數規律。腔內光強的衰減將不再遵循指數規律。連續波連

34、續波(cw)(cw)激光譜線的線寬比脈沖激光譜線窄得多，激光譜線的線寬比脈沖激光譜線窄得多，激光譜線遠小于介質的吸收線寬激光譜線遠小于介質的吸收線寬實現實現測量測量的的高分辨要高分辨要求求。連續外腔二極管激光器作激光源，其價格便宜連續外腔二極管激光器作激光源，其價格便宜、體體積小，能高精度痕量氣體測量的便攜式裝置。積小，能高精度痕量氣體測量的便攜式裝置。(2) (2) 連續波連續波CRASCRAS技術技術Laser spectroscopy and its application76 以以cwcw激光對腔輸入時，需要壓電調制對腔長調制，激光對腔輸入時，需要壓電調制對腔長調制，使單頻使單頻cwc

35、w激光譜激光譜線線與某腔模匹配與某腔模匹配。當該腔模上建立起足。當該腔模上建立起足夠強度夠強度，腔后光電檢測器輸出觸發脈沖去驅動裝置中的腔后光電檢測器輸出觸發脈沖去驅動裝置中的電光電光(EOM)(EOM)或聲光調制器或聲光調制器(AOM)(AOM)，快速地關斷激光。，快速地關斷激光。當當關關斷時間短于腔振鈴時間斷時間短于腔振鈴時間，腔內出現光強度的指數衰減。，腔內出現光強度的指數衰減。由于透過振鈴腔的光強接近于進入腔內的光強，所檢測由于透過振鈴腔的光強接近于進入腔內的光強，所檢測到的到的CRASCRAS信號的信噪比非常高，信號的信噪比非常高，其光譜分辨率只與激發其光譜分辨率只與激發腔的諧振寬度

36、有關，與激光譜線寬度無關腔的諧振寬度有關，與激光譜線寬度無關，所以，所以cwcw激光激光CRASCRAS技術是高靈敏技術是高靈敏、高分辯的吸收光譜技術。高分辯的吸收光譜技術。77Laser spectroscopy and its application外腔二極管激光作光源的外腔二極管激光作光源的cw-CRAS裝置裝置Laser spectroscopy and its application78波長波長410nm，最大功率最大功率4mW40dB110MHz振鈴腔為高精細度諧振腔，反射鏡的曲率半徑為振鈴腔為高精細度諧振腔，反射鏡的曲率半徑為500mm，平均反射率平均反射率R=0.999956，

37、一個腔鏡裝置在壓電傳感器上，一個腔鏡裝置在壓電傳感器上，激光頻率和振鈴腔的激光頻率和振鈴腔的TEM00相匹配。當信號強度達到某一相匹配。當信號強度達到某一選定的數值時，觸發器輸出觸發電壓去關斷入射光束。利選定的數值時，觸發器輸出觸發電壓去關斷入射光束。利用本裝置對用本裝置對NO2的測量的最小可檢測數密度為的測量的最小可檢測數密度為9.8*109分子分子cm-3，相當于大氣條件下，相當于大氣條件下0.4ppbv的濃度。的濃度。79Laser spectroscopy and its application 與與cw-CRAS一樣，一樣，CEAS技術也是通過掃描激光技術也是通過掃描激光頻率，使之與

38、諧振腔某一腔模頻率共振而激發腔內光頻率，使之與諧振腔某一腔模頻率共振而激發腔內光場。場。CEAS是通過檢測腔內建立的光強的時間積分或最是通過檢測腔內建立的光強的時間積分或最大光強來獲得被測物質的吸收光譜大光強來獲得被測物質的吸收光譜。因此在入射光路。因此在入射光路中不必設置如電光或聲光調制器那樣的用于快速切斷中不必設置如電光或聲光調制器那樣的用于快速切斷光路的元件，也不必對光腔采取精密的穩定措施或將光路的元件，也不必對光腔采取精密的穩定措施或將光腔對激光頻率的鎖定，從而在裝置的結構上要比光腔對激光頻率的鎖定，從而在裝置的結構上要比CRAS簡單得多，但可達到或接近簡單得多，但可達到或接近CRAS能達到的靈敏能達到的靈敏度。度。3.4 腔增強吸收光譜腔增強吸收光譜(CEAS)技術技術Laser spectroscopy and its application80 CEAS中激光器和光腔單獨或同時地進行掃描，使激中激光器和光腔單獨或同時地進行掃描，使激光頻率與某個腔模光頻率與某個腔模匹配匹配。假設腔模具有洛侖茲線型，其寬。假設腔模具有洛侖茲線型，其