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痕量气体检测在工业、环境、医疗等许多领域应用越来越广泛。积分腔输出光谱技术具有高灵敏度、装置简单、易于操作、很高的时间和空间分辨、抗扰动能力等优点,已经成为了痕量气体探测的有效方法,具有非常宽广的发展前景。本论文重点介绍了积分腔输出光谱技术的理论和应用。在积分腔输出光谱技术中,主要噪声就是F-P腔干涉造成的激光位相变化引起的过量光强波动噪声,也称之为腔模噪声,使用离轴入射可以很好的抑制腔模噪声。建立了一套基于DFB激光器作为光源的离轴积分腔输出光谱(OA-ICOS)装置,中心波长为1392 nm的出射光,通过准直器耦合进入长度为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。实验验证了离轴入射可以激发大量高阶模,使得腔模密度增大,腔模结构基本消失,腔模噪声得到抑制。利用甲烷标准气体,在不同压强下对腔镜的反射率进行校准。当腔内的压强是1.599 kPa时,镜片的反射率达到0.99843。选取H2O在7189.344 cm-1和7185.597 cm-1处的谱线分别对氮气和甲烷中的水汽进行测量。在200 s的采集时间内,最佳的噪声等效吸收系数分别是αmin=1.65×10-8 cm-1和αmin=3.75×10-8 cm-1,相应的探测极限(1σ)大约是2.28 ppmv和4 ppmv。为了进一步增大灵敏度,将OA-ICOS与波长调制光谱(WMS)技术结合起来。选择7185.875 cm-1的吸收谱线,对不同浓度的甲烷气体进行探测。经过压强、调制频率、相位和振幅的参数优化,通过Allan方差的计算,得出系统稳定时间是203s。实验选取100s的测量时间,得出甲烷探测极限是0.87 ppmv,相应最小可探测吸收是2.2×10-6 Hz-1/2。相对于OA-ICOS装置的测量,波长调制离轴积分腔输出光谱(WM-OA-ICOS)的灵敏度提高了22倍。通过使用二次谐波峰值高度(2f)和二次谐波峰值高度和一次谐波中值之比(2f/1f)两种方法进行测量,结果表明,与2f峰值高度法相比,2f/1f比值方法稳定性更好,线性度相关度更高。