方波,赵卫雄,杨娜娜,王春晖,周昊,张为俊

(1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气物理化学研究室,安徽 合肥 230031;2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026;3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026)

0 引言

吸收光谱技术具有时间响应快、探测灵敏度高、选择性好、无化学干扰等优势,可直接获得待测分子的绝对浓度,适于气体的实时原位定量检测[1]。根据Beer-Lambert 定律,光与气体样品相互作用的有效光程是吸收光谱的关键参数,增加吸收光程,可有效提高探测灵敏度[2,3]。

光学多通池是增加吸收光程最简单、最直接的方法,其由特定数量的反射镜构成,当探测光束从反射镜外围或反射镜上开设的通光孔入射到气体样品池内后,被约束在反射镜间来回反射几十到几百次后再从反射镜外围或通光孔出射到池外,实现几米到几百米的光程,具有结构简单、光路对准容易、光谱通用性高(如镀银反射镜适用波长覆盖了可见到太赫兹波段)、鲁棒性好、制造成本低等优点,应用十分广泛。在大气与环境监测方面,光学多通池被广泛应用于CH4[4,5]、CO2[6,7]、NO2[8]、NO[9]及CH2O[10,11]等温室气体和污染性气体测量;在生物医学上,光学多通池常用于检测呼吸中的疾病示踪气体[12,13]及细胞代谢气体[14];2011 年发射的好奇号火星车上也搭载有光学多通池[15],用于测量火星大气中CH4及其13C/12C 和D/H 同位素比[16-18],开启了光学多通池在深空探索领域的应用;此外,光学多通池还在工业[19]及化学[20]等领域有着相当广泛的应用。……