光腔衰荡光谱检测技术 CRDS

光腔衰荡光谱（Cavity Ring-Down Spectroscopy，CRDS），将脉冲激光束从线性共振腔的入射镜射入共振腔，探测从出射镜射出的光束。由于共振腔内光经过反射镜的透射，散射，吸收等损耗和共振腔内气相基团的光吸收，射入光腔的光强度随时间呈指数衰减，通过测量衰减时间与频率的关系，就可以得到共振腔内基团的吸收光谱。

激光束在一个高反射率(通常R>99.9%)的谐振腔中反复传输，每在腔中来回反射一次，强度都会由于腔中介质的吸收与散射，而降低一个固定的比例。于是腔内光脉冲的强度被确定为一个随时间变化的指数函数。

I(t)=I0e-t/τ

工作原理是基于测量衰减率而不是绝对吸收。这是其拥有超过传统光谱方法灵敏度的原因，因其免疫了激光脉冲的强度波动。衰减常数，是光强从原有强度下降到 1/e 所用的时间，被称为衰荡时间，和腔内的损耗机制相关。对于空腔，衰减常数依赖于镜子的反射损耗和各种光学现象如散射和折射：

其中n是腔内介质的折射率，c是真空中的光速，l是腔长，R是镜子反射率，并考虑到其他带来光的损失的杂项X。 这个方程使用近似ln(1+x)≈x，x接近于零时成立，这符合一般光腔衰荡光谱中的情况。通常，出于简化考虑，将杂项损失视作一个等效的反射损耗。当一个有吸收的样品在腔内时，根据比尔-朗伯定律，将增大损耗。假设该样品充满整个空腔，其中α是该样品的吸收系数。

技术优势：

1. 不会受到激光的强度波动的影响。 在大多数吸收测量中，光源光强必须假定是稳定，不会因有无样品而改变。任何光源光强的漂移都会在测量中引入误差。 在光强衰荡光谱中，衰荡时间并不取决于激光的强度，则这种激光强度的波动都不再是问题。因其不依赖于激光强度，使得它不需要用到外部标准进行校准或对照。

2.  非常长的吸收长度，非常灵敏。在吸收测量中，最小可探测吸收正比于样品的吸收长度。由于光在反射镜之间被来回反射了很多次，使得它有非常长的吸收长度。例如，激光脉冲来回通过一个一米的光腔500次，就会带来1公里的有效吸收长度。