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摘要

离轴积分腔输出光谱技术(off-axis integrated cavity output spectroscopy, OA-ICOS)是一种高灵敏度的激光光谱测量技术. 但由于使用密集的高阶模进行光谱探测, OA-ICOS输出信号强度较低, 使得探测灵敏度高度依赖于光源功率. 针对该问题, 本文引入光学再入射的方法, 使激光再次注入光腔, 以提高能量利用率和输出信号强度. 本文使用三维光追踪模拟软件, 设计再入射结构, 研究了影响信号增益的多个因素. 并搭建一套2 μm波段的再入射OA-ICOS装置, 开展了一系列研究实验. 实验数据表明: 再入射方法使OA-ICOS信号增强了8倍, 信噪比提升了4.6倍, 有效改善了探测灵敏度和光谱的吸收深度, 缓解了探测中遇到的信号功率低的问题, 为使用低功率光源和高反射率腔镜提供了有效的方法.

关键词:

Abstract

Off-axis integrated cavity output spectroscopy (OA-ICOS) is a highly sensitive laser spectroscopy technique. However, due to the use of dense high-order modes for detection, OA-ICOS signal power is low, thus making the detection sensitivity highly dependent on the laser power. To this problem, we introduce an optical re-injection method to re-inject the laser back into the optical cavity again, improving the utilization of laser energy and the power of signal. In this paper, we use optical tracking software to design a re-injection structure, and study several factors affecting the signal gain. Then, we build a re-injection OA-ICOS device in the 2 μm band and also conduct a series of experimental researches. Our results show that the re-injection method enhances the OA-ICOS signal power 8 times and signal-to-noise ratio 4.6 times, which effectively improves the detection sensitivity and the absorption depth of the spectral signal, and alleviates the problem of low signal power in OA-ICOS detection.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:曹振松,zscao@aiofm.ac.cn

基金项目:中国科学院战略性先导科技专项(A类)(批准号: XDA17010104)和中国科学院青年创新促进会(批准号: 2015264)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Cao Zhen-Song,zscao@aiofm.ac.cn

Funds:Project supported by the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. XDA17010104) and the Youth Innovation Promotion Association of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. 2015264).

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影响参数	光斑分布
影响参数	M_re光斑数量上限	M_re光斑总数	M_re光斑密度	M_re光斑分布形状	M_out能量分布密度	约束入射角度
M_re曲率半径R		√	√		√
M_re与M_in间距L(再入射位置)		√	√			√
XY方向入射光角度			√	√	√
再入射孔离轴距离	√

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