2μm波段再入射离轴积分腔输出光谱设计与实验

离轴积分腔输出光谱技术(off-axis integrated cavity output spectroscopy, OA-ICOS)是一种高灵敏度的激光光谱测量技术.但由于使用密集的高阶模进行光谱探测,OA-ICOS输出信号强度较低,使得探测灵敏度高度依赖于光源功率.针对该问题,本文引入光学再入射的方法,使激光再次注入光腔,以提高能量利用率和输出信号强度.本文使用三维光追踪模拟软件,设计再入射结构,研究了影响信号增益的多个因素.并搭建一套2μm波段的再入射OA-ICOS装置,开展了一系列研究实验.实验数据表明:再入射方法使OA-ICOS信号增强了8倍,信噪比提升了4.6倍,有效改善了探测灵敏度和光谱的吸收深度,缓解了探测中遇到的信号功率低的问题,为使用低功率光源和高反射率腔镜提供了有效的方法.

再入射离轴积分腔输出光谱干涉噪声处理方法

离轴积分腔输出光谱(OA-ICOS)技术具备灵敏度高和环境鲁棒性强等优点。引入再入射方法后,OA-ICOS的信号功率得到有效提升,缓解了探测灵敏度高度依赖光源功率的问题,让使用低功率光源和高反射率腔镜搭建高灵敏度OA-ICOS成为可能。但由于该方法特有的光学结构,探测信号中往往掺杂较为强烈的干涉噪声。针对干涉问题,设计并搭建了一套再入射OA-ICOS装置,测量了实际大气CO2,对再入射结构引入的噪声进行了分析,提出了扰动再入射结构的应对方法.结果表明:扰动方法使噪声信号幅值由原来的467.3 mV降低为61.2 mV,降低了7.63倍。该方法成本更为低廉,且实现更容易。