许 非，周晓彬，刘政波，赵 刚*，马维光*

（1. 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西太原030006；2. 山西大学极端光学协同创新中心，山西太原030006）

1 引 言

痕量气体检测技术在大气污染、工业过程控制、先进制造、现代农业、深海高原科考以及基础科学研究等领域都具有非常重要的应用，一直以来备受国内外产业及科研工作者的重视［1］。基于激光吸收光谱（Laser Absorption Spectroscopy，LAS）技术的痕量气体检测方法具有实时、在线、高灵敏等优点，逐渐成为痕量气体检测领域的重要研究方向。其中，应用最广泛的LAS 技术当属可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spetroscopy，TDLAS），包含直接吸收和波长调制技术，探测灵敏度通常在10-3～10-4cm-1/ Hz 之间，远不能满足一些领域的需求［2］。

为了进一步提升灵敏度，人们发展了腔增强吸收光谱（Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy，CEAS）技术。该技术基于由高反镜组成的光学腔，当激光耦合进入光学腔后，光会在腔镜之间多次往返，从而增长光与气体介质的作用长度，等效光程可以达到km 量级，从而大幅增强吸收信号［3］。实现CEAS 最简单的方式是测量腔模的幅度，该方法称为直接CEAS，然而随着腔镜反射率的提高，腔模线宽会变得非常窄，一般的数据采集采样率很难准确地捕捉到腔模的幅度；另外半导体激光器具有MHz 量级的线宽，相对于线宽很窄的腔纵模（当光学腔长＞20 cm、精细度＞1 000 时，线宽在kHz 量级），在特定时刻只有少部分激光频率成分可以与光学腔达到共振，因此腔模幅度较低［4］。由于以上两个原因，直接CEAS 不仅探测噪声大而且难以实现吸收光谱的高灵敏度测量。……