Research on uncertainty of optical feedback linear cavity ringdown spectroscopy

腔衰荡光谱技术是一种高灵敏的腔增强分子吸收光谱测量技术，由于激光频率噪声大，导致激光到腔耦合效率低，严重限制了其对痕量气体的探测灵敏度。光学反馈可以有效压窄半导体激光器的线宽，提高激光到外部谐振腔的耦合效率。本文基于精细度为7800的Fabry-Pérot腔，发展了光学反馈线性腔衰荡光谱技术。首先从光场相位的角度给出了线性腔光学反馈的原理，然后分析了影响测量不确定性的因素，包括光学反馈率、衰荡信号触发阈值、探测器相对透射汇聚光斑位置等。实验结果表明，通过设置低反馈率（3%自由光谱区间）、高衰荡信号触发阈值（90%腔模幅度）以及将光斑聚焦到探测器有效面中心等措施，结合光学反馈效应，可将空腔衰荡时间的相对不确定度提升至0.026%，远优于传统腔衰荡技术获得的典型值。系统在积分时间为180 s时，获得探测灵敏度为1.29×10-10 cm-1，对应甲烷的最小可探测吸收为0.35 ppb，从而满足了碳监测的要求。