光腔衰蕩光譜檢測技術 CRDS

光(guang)腔(qiang)衰(shuai)蕩光(guang)譜(pu)（Cavity Ring-Down Spectroscopy，CRDS），將脈沖激(ji)光(guang)束從(cong)線性共(gong)(gong)(gong)振(zhen)腔(qiang)的(de)入(ru)射(she)(she)鏡(jing)射(she)(she)入(ru)共(gong)(gong)(gong)振(zhen)腔(qiang)，探(tan)測(ce)從(cong)出射(she)(she)鏡(jing)射(she)(she)出的(de)光(guang)束。由(you)于共(gong)(gong)(gong)振(zhen)腔(qiang)內(nei)光(guang)經過(guo)反射(she)(she)鏡(jing)的(de)透射(she)(she)，散射(she)(she)，吸收等(deng)損耗和共(gong)(gong)(gong)振(zhen)腔(qiang)內(nei)氣(qi)相基團的(de)光(guang)吸收，射(she)(she)入(ru)光(guang)腔(qiang)的(de)光(guang)強度(du)隨時間(jian)呈(cheng)指數衰(shuai)減(jian)，通(tong)過(guo)測(ce)量衰(shuai)減(jian)時間(jian)與頻率的(de)關(guan)系，就可以(yi)得到共(gong)(gong)(gong)振(zhen)腔(qiang)內(nei)基團的(de)吸收光(guang)譜(pu)。

激光(guang)束在一(yi)個高反(fan)(fan)射率(通(tong)常R>99.9%)的諧振(zhen)腔(qiang)(qiang)中(zhong)反(fan)(fan)復傳(chuan)輸，每在腔(qiang)(qiang)中(zhong)來(lai)回反(fan)(fan)射一(yi)次，強(qiang)度(du)都會由于腔(qiang)(qiang)中(zhong)介質的吸(xi)收(shou)與(yu)散射，而降低一(yi)個固定的比例。于是腔(qiang)(qiang)內光(guang)脈沖的強(qiang)度(du)被確定為一(yi)個隨時間變化的指數函(han)數。

I(t)=I0e-t/τ

工作原理是基于測量衰減率而不是絕對吸收。這是其擁有超過傳統光譜方法靈敏度的原因，因其免疫了激光脈沖的強度波動。衰減常數，是光強從原有強度下降到 1/e 所用的時間，被稱為衰蕩時間，和腔內的損耗機制相關。對于空腔，衰減常數依賴于鏡子的反射損耗和各種光學現象如散射和折射：

          

其(qi)(qi)中n是(shi)(shi)腔(qiang)內介質的(de)(de)折射(she)率，c是(shi)(shi)真空(kong)中的(de)(de)光速，l是(shi)(shi)腔(qiang)長，R是(shi)(shi)鏡子反射(she)率，并考(kao)慮(lv)到(dao)其(qi)(qi)他帶來光的(de)(de)損(sun)失的(de)(de)雜項X。 這個方程使用近(jin)似ln(1+x)≈x，x接近(jin)于零時(shi)成立，這符合(he)一(yi)般光腔(qiang)衰蕩光譜(pu)中的(de)(de)情況(kuang)。通常，出(chu)于簡(jian)化考(kao)慮(lv)，將雜項損(sun)失視(shi)作一(yi)個等效的(de)(de)反射(she)損(sun)耗。當(dang)一(yi)個有吸收的(de)(de)樣品(pin)(pin)在(zai)腔(qiang)內時(shi)，根據比爾-朗伯定律，將增(zeng)大損(sun)耗。假設該(gai)樣品(pin)(pin)充滿整個空(kong)腔(qiang)，其(qi)(qi)中α是(shi)(shi)該(gai)樣品(pin)(pin)的(de)(de)吸收系(xi)數。

技術優勢：

1. 不(bu)會(hui)受到激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)的強(qiang)度波動的影響。 在大多數吸(xi)收測量(liang)中(zhong)，光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)必(bi)須假定(ding)是穩定(ding)，不(bu)會(hui)因(yin)有無樣品而改變。任何光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)的漂移都會(hui)在測量(liang)中(zhong)引入誤(wu)差。 在光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)衰蕩光(guang)(guang)(guang)(guang)譜中(zhong)，衰蕩時間并(bing)不(bu)取決(jue)于激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)的強(qiang)度，則這種激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)度的波動都不(bu)再(zai)是問題。因(yin)其不(bu)依(yi)賴于激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)度，使得它(ta)不(bu)需要用到外部標(biao)準進行校準或(huo)對照(zhao)。

2.  非(fei)常長(chang)的(de)(de)吸(xi)(xi)收長(chang)度，非(fei)常靈敏(min)。在吸(xi)(xi)收測量中，最小可探測吸(xi)(xi)收正比于樣品的(de)(de)吸(xi)(xi)收長(chang)度。由于光在反射(she)鏡(jing)之間(jian)被來回反射(she)了很多次(ci)，使(shi)得(de)它有非(fei)常長(chang)的(de)(de)吸(xi)(xi)收長(chang)度。例如，激光脈沖來回通過(guo)一個一米的(de)(de)光腔(qiang)500次(ci)，就會帶來1公里的(de)(de)有效(xiao)吸(xi)(xi)收長(chang)度。