光腔(qiang)衰(shuai)蕩光譜(pu)技(ji)術是(shi)壹種(zhong)基於光腔(qiang)中(zhong)循(xun)環光的吸收(shou)率(lv)的高(gao)靈(ling)敏度的吸(xi)收(shou)光(guang)譜(pu)檢(jian)測(ce)技(ji)術。其核心部(bu)件為(wei)光學諧振腔(qiang)，由兩片具(ju)有超(chao)高反(fan)射(she)率(lv)（≥99.99%）的腔(qiang)鏡構成(cheng)。當(dang)特(te)定(ding)波(bo)長的激光進入光(guang)腔(qiang)後，會(hui)在腔(qiang)鏡間反(fan)復(fu)反(fan)射(she)，形成(cheng)超(chao)長光程，極(ji)大地(di)增強了光與(yu)腔(qiang)內氣體分(fen)子(zi)的相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)。
具體工(gong)作(zuo)過(guo)程如下(xia)：首(shou)先，激光(guang)光源(yuan)發射(she)出(chu)的(de)激光進(jin)入(ru)光腔(qiang)，當(dang)激(ji)光頻(pin)率(lv)與(yu)光腔(qiang)的諧振頻(pin)率(lv)匹(pi)配(pei)時(shi)，腔(qiang)內光強會(hui)迅(xun)速(su)增強。隨後，激光被快(kuai)速(su)切斷，此(ci)時腔(qiang)內光強開(kai)始呈指數(shu)衰(shuai)減(jian)。通(tong)過(guo)探(tan)測(ce)器測(ce)量(liang)光強(qiang)衰(shuai)減(jian)為(wei)初(chu)始強(qiang)度的1/e 所(suo)需的時間，即(ji)衰(shuai)蕩時間，來(lai)推(tui)算腔(qiang)內氣體的(de)吸收(shou)情(qing)況(kuang)。根據比爾 - 朗(lang)伯(bo)定(ding)律(lv)，衰(shuai)蕩時間與(yu)腔(qiang)內氣體的(de)吸收(shou)系(xi)數(shu)相(xiang)關，進而(er)可得(de)出(chu)氣體濃(nong)度。與(yu)其他直(zhi)接(jie)吸收(shou)光(guang)譜(pu)法(fa)不同(tong)，CRDS 技術(shu)測(ce)量(liang)的是(shi)光在衰(shuai)蕩腔(qiang)中(zhong)的衰(shuai)蕩時間，該(gai)時(shi)間僅(jin)與(yu)衰(shuai)蕩腔(qiang)反(fan)射(she)鏡的(de)反(fan)射(she)率(lv)和衰(shuai)蕩腔(qiang)內介(jie)質的吸(xi)收(shou)有關，而(er)與(yu)入射(she)光(guang)強(qiang)的(de)大(da)小無關。
氣相色(se)譜技(ji)術是(shi)壹種(zhong)經(jing)典的分離分(fen)析(xi)技(ji)術，通(tong)過(guo)將(jiang)混合氣體在流(liu)動相(xiang)（載(zai)氣）和固定(ding)相(xiang)之(zhi)間進(jin)行(xing)多(duo)次分配，實現(xian)各(ge)組(zu)分的分(fen)離，然後再進行(xing)檢(jian)測(ce)。雖然氣相色(se)譜在復雜(za)樣品(pin)的分(fen)離(li)方(fang)面(mian)表(biao)現(xian)出(chu)色(se)，但(dan)在溫室(shi)氣體檢(jian)測(ce)中(zhong)存(cun)在壹些(xie)局限(xian)性。例(li)如，氣相色(se)譜的(de)分析(xi)周(zhou)期較長(chang)，難(nan)以(yi)滿足(zu)對(dui)溫室(shi)氣體實時(shi)監測(ce)的(de)需求。此(ci)外，其檢測(ce)精(jing)度在低濃(nong)度範圍(wei)內相(xiang)對(dui)有限(xian)，對(dui)於ppb 級別的(de)溫(wen)室(shi)氣體濃(nong)度檢測(ce)，往往需要復雜(za)的前(qian)處理(li)和高靈敏度的檢(jian)測(ce)器，增加了設(she)備(bei)成(cheng)本(ben)和操作(zuo)難(nan)度。
傅裏葉變(bian)換紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)技術利(li)用物(wu)質對(dui)紅(hong)外(wai)光(guang)的(de)吸收(shou)特(te)性來進行(xing)分(fen)析(xi)。它(ta)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)幹涉圖並進(jin)行(xing)傅(fu)裏(li)葉(ye)變(bian)換，得到(dao)樣品(pin)的紅(hong)外(wai)吸(xi)收(shou)光(guang)譜(pu)，從(cong)而(er)確(que)定(ding)物(wu)質的成(cheng)分(fen)和含量。FTIR 技術具(ju)有分(fen)析速(su)度較快(kuai)、可(ke)同(tong)時檢(jian)測(ce)多(duo)種(zhong)氣體等優(you)點(dian)，但(dan)在檢測(ce)精(jing)度上，尤其是(shi)對(dui)於低濃(nong)度溫室(shi)氣體的(de)檢測(ce)，與(yu) CRDS 技術(shu)存(cun)在差(cha)距(ju)。傳統(tong)傅(fu)裏葉紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)儀的精(jing)度通(tong)常(chang)在 ppm 級別，難(nan)以(yi)滿足(zu)對(dui)溫室(shi)氣體 ppb 級精(jing)度檢測(ce)的(de)要求。而(er)且(qie)，FTIR 技(ji)術(shu)易(yi)受(shou)環(huan)境(jing)因素如(ru)溫度、濕度變(bian)化(hua)的(de)影(ying)響，導致(zhi)測(ce)量(liang)結果的(de)穩定(ding)性和準確(que)性下(xia)降(jiang)。
CRDS 技術(shu)憑(ping)借其超長的(de)等效(xiao)光(guang)程(cheng)（可(ke)達(da)數(shu)公(gong)裏甚(shen)至更高(gao)），極(ji)大地(di)增強了光與(yu)氣體分(fen)子(zi)的相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)，使得即(ji)使是(shi)痕量的(de)溫(wen)室(shi)氣體也(ye)能(neng)產(chan)生(sheng)可(ke)檢測(ce)的(de)吸收(shou)信(xin)號(hao)。這(zhe)使得 CRDS 技(ji)術能(neng)夠(gou)實現(xian) ppb 級甚至(zhi)更低濃(nong)度的高(gao)精(jing)度檢測(ce)，可(ke)精(jing)準捕捉大氣 / 過程(cheng)氣體中(zhong) CO₂、CH₄、H₂O 等關鍵溫室(shi)氣體的(de)極(ji)低濃(nong)度變(bian)化(hua)，為(wei)氣候(hou)變(bian)化(hua)研(yan)究(jiu)和碳排放監測(ce)提(ti)供(gong)了極(ji)為可(ke)靠的(de)數據(ju)支(zhi)撐(cheng)。例(li)如，在壹些(xie)高精(jing)度的大(da)氣監測(ce)實驗中(zhong)，CRDS 技術(shu)能(neng)夠清(qing)晰地(di)分(fen)辨出(chu)大(da)氣中(zhong)溫室(shi)氣體濃(nong)度的微(wei)小(xiao)波動，為(wei)深入了(le)解(jie)溫室(shi)氣體的(de)源匯(hui)機(ji)制提(ti)供(gong)了有力(li)的(de)數據基礎。
由於 CRDS 技術直(zhi)接(jie)測(ce)量(liang)光的(de)衰(shuai)蕩時間，無需復雜的(de)分離(li)過程(cheng)或信(xin)號(hao)處理(li)步驟(zhou)，因此(ci)具有極(ji)快的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度。在實際(ji)應用中(zhong)，能夠(gou)實時(shi)、快速(su)地反(fan)映(ying)溫(wen)室(shi)氣體濃(nong)度的變(bian)化(hua)，適(shi)用(yong)於對(dui)動態變(bian)化(hua)過(guo)程(cheng)的監測(ce)，如(ru)工業(ye)廢氣排放過(guo)程(cheng)中(zhong)的實時(shi)監測(ce)、大(da)氣邊(bian)界層(ceng)中(zhong)溫室(shi)氣體濃(nong)度的快(kuai)速(su)變(bian)化(hua)監測(ce)等。相(xiang)比之(zhi)下(xia)，氣相色(se)譜等傳統(tong)技(ji)術由於需要進行(xing)樣(yang)品(pin)分離(li)等操(cao)作(zuo)，分(fen)析周期較長(chang)，無法(fa)及時(shi)捕捉到(dao)溫室(shi)氣體濃(nong)度的瞬(shun)間變(bian)化(hua)。
由於 CRDS 技術的(de)測(ce)量(liang)結果不受(shou)入射(she)光(guang)強(qiang)波(bo)動(dong)的影響，僅(jin)取決於衰(shuai)蕩時間，因(yin)此(ci)在復雜(za)環境(jing)中(zhong)具有很強的(de)抗(kang)幹擾能力(li)。無論(lun)是(shi)在高溫(wen)、高濕等惡劣(lie)環境(jing)條件下(xia)，還(hai)是(shi)在存(cun)在其他幹擾氣體的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，CRDS 技(ji)術(shu)都能穩定(ding)地(di)工作(zuo)，確(que)保(bao)測(ce)量(liang)結果的(de)準確(que)性和可靠性。例(li)如，在工業(ye)廠(chang)區等復(fu)雜(za)環境(jing)中(zhong)，存(cun)在大量(liang)的幹擾氣體和環境(jing)因素的(de)波動(dong)，傳統(tong)的(de)檢測(ce)技(ji)術可(ke)能會(hui)受(shou)到(dao)嚴重影響(xiang)，而(er) CRDS 技術(shu)則(ze)能夠(gou)有效(xiao)排除幹(gan)擾，準確(que)測(ce)量(liang)溫室(shi)氣體的(de)濃(nong)度。
光腔(qiang)衰(shuai)蕩光譜(pu)（CRDS）技(ji)術以核(he)心原(yuan)理(li)，在與(yu)傳統(tong)檢(jian)測(ce)技(ji)術的(de)對(dui)比中(zhong)，展現(xian)出(chu)在 ppb 級精(jing)度、響應(ying)速(su)度和抗(kang)幹擾性等方(fang)面(mian)的(de)顯著優(you)勢(shi)。隨著技術(shu)的(de)不斷發展和完(wan)善，CRDS 技(ji)術(shu)有望(wang)在溫室(shi)氣體監測(ce)領(ling)域發揮更為(wei)重要的(de)作(zuo)用(yong)，為全球(qiu)氣候(hou)變(bian)化(hua)研(yan)究(jiu)和碳減(jian)排行(xing)動(dong)提(ti)供(gong)強有力(li)的(de)技術支(zhi)持，助力(li)人(ren)類(lei)更好地應對(dui)氣候(hou)變(bian)化(hua)挑戰(zhan)。
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