高精细度光学反馈腔衰荡光谱技术

摘要

针对温室气体CH4的高灵敏探测需求,提出了高精细度光学反馈腔衰荡光谱技术,研究了光学反馈对腔模信号的影响、系统的灵敏度以及光谱扫描法。在精细度大于100000的V型谐振腔上实现了光学反馈腔衰荡光谱技术,对比了有/无光反馈时腔模信号的差别,验证了光反馈效应可以提高激光到腔的耦合效率。发展了固定腔长的光反馈检测技术,将腔的自由光谱范围FSR用作光谱相对频率标尺,基于HITRAN数据库中两条吸收谱线的绝对波长和测量到的相对位置进行对比分析,得到腔的FSR为0.0042 cm^(-1)。然后,运用allan方差分析了系统的检测能力,测得系统的噪声等效吸收系数为1.1×10^(-10) cm^(-1) Hz^(-1/2),当积分时间为4.7 s时,系统灵敏度为8×10-11 cm^(-1)。最后,提出了连续电压扫描的激光器频率控制扫描方法,用1.5×10^(-6)的标气对该方法进行了验证,得到测量精度为6.8×10^(-9)。该方法在仪器工程化方面极具潜力。