马维光,周晓彬,曹振松,许非,田建飞,周月婷,刘建鑫,赵刚*

(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 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,中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031;3 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006)

0 引言

根据欧盟哥白尼气候变化服务中心报告,2020 年成为近十年最高温年份。相较于工业革命之前,全球年平均气温上升了1.2°C,并且上升率逐渐增加。二氧化碳(CO2)是最主要的温室气体,对全球变暖的贡献达到了60%以上。化石燃料的燃烧造成全球CO2平均浓度相较于工业革命前增加了50%。因此,对大气中CO2气体浓度进行实时、高灵敏的监测有助于了解CO2的排放源、浓度变化趋势以及与恶劣气候的关系等。

传统的气体检测方式包括电化学式[1]、接触燃烧[2]、热导式[3]等,它们具有灵敏度低、需要采样分析、响应速度慢等缺点。而激光吸收光谱技术(LAS)基于光与气体分子相互作用,可以实时在线、高灵敏地响应气体浓度的变化。直接吸收光谱技术是最基本的LAS,但是由于受到相对强度噪声的影响,其最小可探测光强衰减率通常只能达到10-3。为了提升探测灵敏度,通常采用两种方法:第一种是使用调制技术抑制1/f噪声的影响,基于此发展了波长调制光谱技术[4]和频率调制光谱技术[5];第二种是通过使用多通道池[6,7]或者光学腔[8-10]增长激光与气体介质作用长度,从而增强吸收信号。而腔衰荡光谱(CRDS)技术是腔增强光谱技术(CEAS)的一种,它通过测量光子在腔内的寿命获取腔内的吸收损耗[10,11]。……