基于射频白噪声的离轴积分腔输出光谱的大气CH_(4)和CO_(2)的监测

基于离轴积分腔输出光谱技术(OA-ICOS)设计并搭建一套近红外二氧化碳(CO_(2))和甲烷(CH_(4))传感系统,用于快速、实时和原位监测环境中的CH_(4)和CO_(2)。通过加入射频(RF)噪声源减少离轴积分腔输出光谱中的残余腔模式,从而提高了基于OA-ICOS的CH_(4)和CO_(2)传感系统的信噪比、精度和测量灵敏度。结果表明:加入RF噪声源后OA-ICOS系统的测量精度相对于无噪声源的系统提高了2.74倍。由Allan方差结果可知,在加入RF噪声源的OA-ICOS系统中,CO_(2)和CH_(4)的Allan方差值始终优于无噪声源的OA-ICOS系统,在1000 s时CO_(2)和CH_(4)的探测极限分别为0.55×10^(-6)和5.78×10^(-9),相对于无噪声源的OA-ICOS系统探测极限至少提高了3倍。在5 s的平均时间下,加入RF噪声源的系统中CH_(4)和CO_(2)的噪声等效灵敏度分别为1.70×10^(-9)cm^(-1)·Hz^(-1/2)和1.07×10^(-9)cm^(-1)·Hz^(-1/2)。此外,对大气中CH_(4)和CO_(2)浓度水平进行了为期4 d的连续监测,以验证所发展的CH_(4)和CO_(2)传感器系统的稳定性和可靠性。