中国激光, 2018, 45 (9): 0911002, 网络出版: 2018-09-08   

光腔衰荡光谱方法测量分子的高精密谱线参数 下载: 1449次特邀综述

Precise Parameters of Molecular Absorption Lines from Cavity Ring-Down Spectroscopy
谈艳 1,2,3王进 1,2陶雷刚 1,2孙羽 1,2刘安雯 1,2胡水明 1,2
作者单位
1 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心, 安徽 合肥230026
2 中国科学技术大学能源材料化学协同创新中心, 安徽 合肥 230026
3 Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Atomic and Molecular Physics Division, Cambridge, MA 02138, USA
图 & 表

图 1. PDH锁定原理

Fig. 1. Principle of PDH locking

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图 2. 激光频率锁定的光腔衰荡光谱装置结构图

Fig. 2. LL-CRDS experimental setup

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图 3. 激光光腔纵模测量

Fig. 3. Measurement of cavity longitudinal mode

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图 4. (a)不同压力下0.8 mm附近一氧化碳R(5)跃迁谱线;(b)采用Voigt线型拟合光谱得到的拟合残差

Fig. 4. (a) R(5) CO transition at 0.8 mm under different pressures; (b) residuals fitted from Voigt profile

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图 5. 12C16O所有测量谱线对应的(a)压力位移系数和(b)自碰撞加宽系数,其中P支谱线对应于m=-J,R支谱线对应于m=J+1

Fig. 5. (a) Pressure shift coefficients and (b) self-broadening coefficients for 12C16O transitions with m=-J for the P(J) lines and m=J+1 for the R(J) lines

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图 6. 在39.8 kPa 压力下采用不同线型拟合氢分子的Q3(1)跃迁谱线。(a)圆点为实验测量得到的谱线,实线为采用Galatry线型拟合得到的谱线;(b)~(e)采用Voigt,SDVP(速度依赖的Voigt),Rautian,Galatry线型拟合光谱得到的拟合残差

Fig. 6. H2 Q3(1) transition at 39.8 kPa fitted with different profiles. (a) Experimental data (the dot line) fitted with Galatry profile (the solid line); residuals between Galatry profile and those from (b) Voigt;(c) SDVP; (d) Rautian; (e) Galatry profiles

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图 7. (a)不同压力下测得氢分子的Q3(1)跃迁谱线;(b)不同压力下谱线相对位置与样品压力的线性关系;(c)不同压力下谱线拟合得到积分面积与样品压力关系

Fig. 7. (a) H2 Q3(1) transition measured with different pressures; (b) linear dependence of the relative line positions with corresponding sample pressures; (c) linear dependence of the integral areas with corresponding sample pressures

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图 8. (a)测量得到谱线位置与计算值的比较,理论计算值来自文献[ 61],理论计算位置精度为0.0025 cm-1;(b)测量结果谱线强度值与计算值的比较理论计算值来自文献[ 61],精度为0.1%;另外实验测量值来自文献[ 62-63]

Fig. 8. (a) Line position comparison between this work and theoretical calculations from Ref. [61]; (b) line intensity comparison between this work and theoretical ones from Ref. [61] as well as other experimental results from Ref. [62-63]

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图 9. 一氧化碳R(10)谱线在0.2~1.5 Pa压力条件下的测量光谱谱线

Fig. 9. CO R(10) transition measured at the pressure range of 0.2-1.5 Pa

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图 10. 实验测量得到的R(10)谱线的中心频率,其中红色数据值为时隔半年以后的再测结果值

Fig. 10. Measured frequency of CO R(10) transition at different pressures, and the red points are corresponding to the measurements done at half year later

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表 1CO分子跃迁频率测量误差分析

Table1. Uncertainty analysis of frequency measurements for CO transitionkHz

SourceR(9)R(10)Uncertainty
Statistics191,360,212,763.7191,440,612,664.80.1
Reference COMB0.4
fLOCK0.05
fEOM0.001
fAOM0.05
Pressure shift0.2
Asymmetry from line shape0.2
Second order Doppler0.260.260.01
Total191,360,212,764.0191,440,612,665.10.5

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谈艳, 王进, 陶雷刚, 孙羽, 刘安雯, 胡水明. 光腔衰荡光谱方法测量分子的高精密谱线参数[J]. 中国激光, 2018, 45(9): 0911002. Tan Yan, Wang Jin, Tao Leigang, Sun Yu, Liu Anwen, Hu Shuiming. Precise Parameters of Molecular Absorption Lines from Cavity Ring-Down Spectroscopy[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(9): 0911002.

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