基于1392 nm高灵敏度积分腔的痕量水汽测量

介绍了基于分布式反馈(DFB)激光器作为光源的离轴积分腔吸收光谱装置，并将其应用于高纯氮气(N2)以及标准甲烷(CH4)中水汽含量的测量。将中心波长为1392 nm的出射光，通过准直器耦合到长度为60 cm，由两片高反射率镜片组成的谐振腔内，透过腔的信号经过聚焦后由光电探测器接收。利用CH4标准气体在不同压强下对腔镜的反射率进行校准。当腔内的压强为1.599 kPa时，镜片的反射率可达到0.99843±0.00003。选取H2O在7189.344 cm-1和7185.597 cm-1处的谱线分别对N2和CH4中的水汽进行测量。在200 s采集时间内，最佳噪声等效吸收系数分别为1.65×10-8 cm-1和3.75×10-8 cm-1，对应的体积分数探测极限分别为2.28×10-6和4×10-6。采用本波段最强的吸收谱线(7181.155 cm-1)，探测极限可以分别提高24倍和19倍左右，达到95×10-9和210×10-9。若采用反射率更高的镜片，结合最强的吸收谱线，则该系统水汽体积分数的探测极限可以达到10-12量级。