[发明专利]一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法

说明书

本发明公开了一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法，它包括以下步骤：S1、入射激光束从平面高反镜透射后垂直入射到第一块平凹高反镜上，然后被平面高反镜再次反射，反射光垂直入射到第二块平凹高反镜上并被原路反射回平面反射镜，形成光腔衰荡；或者，入射激光束从第一块平凹高反镜透射后垂直入射到第二块平凹高反镜上，并被原路反射回第一块平凹高反镜，形成光腔衰荡；S2、从光学谐振腔透射的激光由聚焦透镜聚焦到光电探测器上，光电探测器探测光学谐振腔的衰荡信号；S3、通过控制一维电控位移台改变第二块平凹高反镜位置改变光学谐振腔腔长，重复步骤S2，测量两个或两个以上不同光学谐振腔腔长L下光学谐振腔的总损耗。

技术领域

本发明涉及气体消光系数测量的技术领域，特别是一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法。

背景技术

目前，随着我国经济的快速发展，工业化的加速，环境污染问题日益加剧，尤其近些年出现的光化学污染和灰霾细颗粒物污染日趋严重。这些有害污染物严重影响着人民的生活和健康，环境监测就变得尤为重要。大气中含浮的各种固体和液体粒子，例如尘埃、烟粒、微生物以及云雾和雨雪等粒子对地球大气辐射收支平衡、全球气候和人类健康有着重要影响。大气的光学特性与其基本物理化学特性有关，因此大气光学特性(如消光系数)的测量就变得尤为重要。光腔衰荡技术由O’Keefe在1988提出，具有检测限低、灵敏度高等优点，广泛应用于气体消光系数的高灵敏测量中。与传统的基于分光光度法的消光系数测量方法相比，光腔衰荡技术测量的是腔衰荡时间而不是光强度，不受光源光强度波动的影响，因而具有更高的测量灵敏度。

中国专利申请号201410765366.8的发明专利“一种应用于痕量气体浓度和气溶胶消光同时测量的腔增强吸收光谱装置及方法”、中国专利申请号201310087153.X的发明专利“双通道光腔衰荡大气气溶胶消光仪及消光系数测量方法”、中国专利申请号200910092865.4的发明专利“基于量子级联激光器的红外光腔衰荡光谱痕量气体检测方法”、以及气溶胶消光系数测量相关文献(如H.Moosmuller,R.Varma,and W.P.Arnott,“Cavity ring-down and cavity-enhanced detection techniques for themeasurement of aerosol extinction,”Aerosol Sci.Technol.,39(1),30–39(2005)、A.W.Strawa,R.Castaneda,T.Owano,D.S.Baer,and B.A.Paldus,“The measurement ofaerosol optical properties using continuous wave cavity ring-downtechniques,”Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 20,454-465(2003)等)中，在测量消光系数时都采用了密封样品池和复杂的气路系统，在测试样品之前都需要先测量消光系数为零的参考气体光学谐振腔以消除仪器背景对测量结果的影响。光腔衰荡光谱技术常用消除背景的方法是先在密封样品池内充入无损耗的惰性气体(如氮气)以扣除背景影响。采用密封样品池和复杂气路系统不仅使测量装置变得复杂，而且可能因为气体置换不完全等原因而导致测量误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有光腔衰荡测量气体消光系数需要密封样品池、需要测量背景和气体样品需要通过气路系统采样等缺点，提供一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法。