光腔衰蕩光譜檢測技術 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，探測從出射鏡射出的光束。由于共振腔內(nèi)光經(jīng)過反射鏡的透射，散射，吸收等損耗和共振腔內(nèi)氣相基團的光吸收，射入光腔的光強度隨時間呈指數(shù)衰減，通過測量衰減時間與頻率的關系，就可以得到共振腔內(nèi)基團的吸收光譜。

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

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(tǒng)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(shù)，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(nèi)的損耗機制相關。對于空腔，衰減常數(shù)依賴于鏡子的反射損耗和各種光學現(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，R是鏡子反射率，并考慮到其他帶來光的損失的雜項X。 這個方程使用近似ln(1+x)≈x，x接近于零時成立，這符合一般光腔衰蕩光譜中的情況。通常，出于簡化考慮，將雜項損失視作一個等效的反射損耗。當一個有吸收的樣品在腔內(nèi)時，根據(jù)比爾-朗伯定律，將增大損耗。假設該樣品充滿整個空腔，其中α是該樣品的吸收系數(shù)。

技術優(yōu)勢：

1. 不會受到激光的強度波動的影響。 在大多數(shù)吸收測量中，光源光強必須假定是穩(wěn)定，不會因有無樣品而改變。任何光源光強的漂移都會在測量中引入誤差。 在光強衰蕩光譜中，衰蕩時間并不取決于激光的強度，則這種激光強度的波動都不再是問題。因其不依賴于激光強度，使得它不需要用到外部標準進行校準或?qū)φ铡?/span>

2.  非常長的吸收長度，非常靈敏。在吸收測量中，最小可探測吸收正比于樣品的吸收長度。由于光在反射鏡之間被來回反射了很多次，使得它有非常長的吸收長度。例如，激光脈沖來回通過一個一米的光腔500次，就會帶來1公里的有效吸收長度。