光腔衰蕩光譜技術(shù)是一種基于光腔中循環(huán)光的吸收率的高靈敏度的吸收光譜檢測技術(shù)。其核心部件為光學(xué)諧振腔，由兩片具有超高反射率（≥99.99%）的腔鏡構(gòu)成。當(dāng)特定波長的激光進入光腔后，會在腔鏡間反復(fù)反射，形成超長光程，極大地增強了光與腔內(nèi)氣體分子的相互作用。
具體工作過程如下：首先，激光光源發(fā)射出的激光進入光腔，當(dāng)激光頻率與光腔的諧振頻率匹配時，腔內(nèi)光強會迅速增強。隨后，激光被快速切斷，此時腔內(nèi)光強開始呈指數(shù)衰減。通過探測器測量光強衰減為初始強度的1/e 所需的時間，即衰蕩時間，來推算腔內(nèi)氣體的吸收情況。根據(jù)比爾 - 朗伯定律，衰蕩時間與腔內(nèi)氣體的吸收系數(shù)相關(guān)，進而可得出氣體濃度。與其他直接吸收光譜法不同，CRDS 技術(shù)測量的是光在衰蕩腔中的衰蕩時間，該時間僅與衰蕩腔反射鏡的反射率和衰蕩腔內(nèi)介質(zhì)的吸收有關(guān)，而與入射光強的大小無關(guān)。
氣相色譜技術(shù)是一種經(jīng)典的分離分析技術(shù)，通過將混合氣體在流動相（載氣）和固定相之間進行多次分配，實現(xiàn)各組分的分離，然后再進行檢測。雖然氣相色譜在復(fù)雜樣品的分離方面表現(xiàn)出色，但在溫室氣體檢測中存在一些局限性。例如，氣相色譜的分析周期較長，難以滿足對溫室氣體實時監(jiān)測的需求。此外，其檢測精度在低濃度范圍內(nèi)相對有限，對于ppb 級別的溫室氣體濃度檢測，往往需要復(fù)雜的前處理和高靈敏度的檢測器，增加了設(shè)備成本和操作難度。
傅里葉變換紅外光譜技術(shù)利用物質(zhì)對紅外光的吸收特性來進行分析。它通過測量干涉圖并進行傅里葉變換，得到樣品的紅外吸收光譜，從而確定物質(zhì)的成分和含量。FTIR 技術(shù)具有分析速度較快、可同時檢測多種氣體等優(yōu)點，但在檢測精度上，尤其是對于低濃度溫室氣體的檢測，與 CRDS 技術(shù)存在差距。傳統(tǒng)傅里葉紅外光譜儀的精度通常在 ppm 級別，難以滿足對溫室氣體 ppb 級精度檢測的要求。而且，F(xiàn)TIR 技術(shù)易受環(huán)境因素如溫度、濕度變化的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性下降。
CRDS 技術(shù)憑借其超長的等效光程（可達數(shù)公里甚至更高），極大地增強了光與氣體分子的相互作用，使得即使是痕量的溫室氣體也能產(chǎn)生可檢測的吸收信號。這使得 CRDS 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn) ppb 級甚至更低濃度的高精度檢測，可精準(zhǔn)捕捉大氣 / 過程氣體中 CO?、CH?、H?O 等關(guān)鍵溫室氣體的極低濃度變化，為氣候變化研究和碳排放監(jiān)測提供了極為可靠的數(shù)據(jù)支撐。例如，在一些高精度的大氣監(jiān)測實驗中，CRDS 技術(shù)能夠清晰地分辨出大氣中溫室氣體濃度的微小波動，為深入了解溫室氣體的源匯機制提供了有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
由于 CRDS 技術(shù)直接測量光的衰蕩時間，無需復(fù)雜的分離過程或信號處理步驟，因此具有極快的響應(yīng)速度。在實際應(yīng)用中，能夠?qū)崟r、快速地反映溫室氣體濃度的變化，適用于對動態(tài)變化過程的監(jiān)測，如工業(yè)廢氣排放過程中的實時監(jiān)測、大氣邊界層中溫室氣體濃度的快速變化監(jiān)測等。相比之下，氣相色譜等傳統(tǒng)技術(shù)由于需要進行樣品分離等操作，分析周期較長，無法及時捕捉到溫室氣體濃度的瞬間變化。
由于 CRDS 技術(shù)的測量結(jié)果不受入射光強波動的影響，僅取決于衰蕩時間，因此在復(fù)雜環(huán)境中具有很強的抗干擾能力。無論是在高溫、高濕等惡劣環(huán)境條件下，還是在存在其他干擾氣體的情況下，CRDS 技術(shù)都能穩(wěn)定地工作，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，在工業(yè)廠區(qū)等復(fù)雜環(huán)境中，存在大量的干擾氣體和環(huán)境因素的波動，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)可能會受到嚴重影響，而 CRDS 技術(shù)則能夠有效排除干擾，準(zhǔn)確測量溫室氣體的濃度。
光腔衰蕩光譜（CRDS）技術(shù)以核心原理，在與傳統(tǒng)檢測技術(shù)的對比中，展現(xiàn)出在 ppb 級精度、響應(yīng)速度和抗干擾性等方面的顯著優(yōu)勢。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，CRDS 技術(shù)有望在溫室氣體監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用，為全球氣候變化研究和碳減排行動提供強有力的技術(shù)支持，助力人類更好地應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)。
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