浅析波长扫描光腔衰荡光谱技术

　　从 1955 年 A.Walsh 推出实用的原子吸收分析装置以来，原子吸收技术因其优异的分析性能、较低的分析成本而成为仪器分析领域最重要的测试手段之一。仪器的构造以及配套设备也得到突飞猛进的发展。但是有些工作需要测定样品中的多个元素，而原子吸收一次只能测定一个元素，这无疑是一个重大的缺憾。实现一次进样测定几个元素无疑是很有意义的，从原子吸收分析法产生的初期至今，人们一直对此进行努力〔1〕。近十年，波长扫描光腔衰荡光谱技术逐步被用在在线监测各种微量气体的分析仪器中，实践证明，证明波长扫描光腔衰荡光谱技术不仅可以用于微量气体的监测，而且监测的数据准确度高。

　　1　波长扫描光腔衰荡光谱技术定义

　　波长扫描光腔衰荡光谱技术(WS-CRDS)实际上是波长扫描技术(Wavelength-Scanned)和光腔衰荡光谱技术(Cavity Ring Down Spectroscopy)的合称。波长扫描 (WS) 是指将在目标气体的吸收峰线上，通过软件选择多个点进行复合式吸收光谱测量，并组成与吸收峰线最吻合的峰面，以此确认最佳的吸收峰值和吸收面积。光腔衰荡光谱技术(CRDS)是一种高分辨吸收光谱测量方法，主要通过测量光在高反射腔中的衰荡速率来获得腔内物质的吸收系数。CRDS 技术的提出来源于对高反射镜的反射率的测量。当反射镜的反射率很高 ，采用一般的方法就难以精确测量。而采用光腔衰荡光谱技术就能较准确的来测量。

　　1.1　波长扫描技术

　　波长扫描技术原理如图1所示，LD 和反射镜形成法布里珀罗共振发光后，经光栅衍射产生的一级衍射光先投射到一个反射镜上，再由反射镜原路反射回光栅产生第二次衍射使一级衍射光反馈回激光器。当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的总损耗，经过谐振腔的选频作用，特定频率的光波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出，形成激光。调节反射镜与衍射光栅夹角可以选择不同的谐振波长，将反射镜与压电陶瓷相连，用函数发生器扫描与反射镜连接的压电陶瓷，可以连续调节反射镜的位置，使激光器的输出波长在一定范围内扫描，从而实现单一光源的多种气体检测[2]。

　　1.2　光腔衰荡光谱技术

　　光腔衰荡光谱技术原理如图 2 所示，腔衰荡光谱技术在很大程度上弥补了以往吸收光谱的缺陷。这种技术具有吸收光程长，不受光源强度起伏影响的特点，尤其适合物质微弱吸收，易于定量测量，而且装置简单、操作容易、适应范围广。

　　在光腔衰荡光谱中，测量的是光强的衰荡，光强的衰减时间只与相对光强有关，而与初始绝对光强无关，因此，其测量结果不受光源的强度变化影响，在线性放大范围内吸收系数的定量计算也不必考虑信号 接收和处理系统的灵敏度或增益等因素。决定光腔衰荡光谱技术的主要因素 : (1) 光强的衰荡时间，(2)腔镜反射率的高低,(3)腔长测量的精度[3]。