宽带、高灵敏腔增强双光梳气体吸收光谱测量技术研究
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1.浙江理工大学 信息科学与工程学院 全省量子物态与光场调控重点实验室 浙江 杭州;2.清华大学 精密仪器系 精密测试技术及仪器全国重点实验室 北京

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基金项目:

国家自然科学基金(62275138,62271449),浙江理工大学基本科研业务费专项(25222174-Y)


Broadband and High-Sensitivity Cavity-Enhanced Dual-Comb Spectroscopy for Gas Absorption Measurements
Author:
Affiliation:

1.Zhejiang Key Laboratory of Quantum State Control and Optical Field Manipulation, School of Information Science and Engineering, Zhejiang Sci-Tech University;2.State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instrument, Tsinghua University

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    摘要:

    针对腔镜属性对腔增强双光梳光谱(CE-DCS)在透射带宽与探测灵敏度方面的限制。首先从理论上建立了腔镜色散与精细度对透射带宽、噪声等效吸收(NEA)的影响模型,并据此设计加工低色散、高精细度腔镜;在此基础上构建单点腔梳锁定的 CE-DCS 系统。实验表明:在未拓展梳谱条件下,系统实现370 cm-1的透射带宽(约占原始梳谱的88 %),对应的NEA为1.45×10-10 cm-1Hz-1。在采用HNLF进行光谱拓展后,透射带宽提升至约 400 cm-1,NEA为 2.01×10-10 cm-1Hz-1。结果验证了所设计腔镜在实现宽带与高灵敏气体吸收测量方面的有效性,并为后续痕量气体定量分析提供了技术支撑。

    Abstract:

    This work investigates the influence of cavity mirror properties on the transmission bandwidth and detection sensitivity in cavity-enhanced dual-comb spectroscopy (CE-DCS). A theoretical model was first established to describe the effects of mirror dispersion and finesse on the transmission bandwidth and the noise-equivalent absorption (NEA), based on which low-dispersion, high-finesse mirrors were designed and fabricated. Without spectral extension, the system achieves a 370 cm-1 transmission bandwidth (~ 88 % of the original comb) with NEA = 1.45×10-10 cm-1Hz-1. With EDFA-based comb extension, the bandwidth increases to ~ 400 cm-1 and the NEA is 2.01×10-10 cm-1Hz-1. These results demonstrate broadband and highly sensitive gas-absorption measurements with the proposed mirror design, enabling precise trace-gas analysis.

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  • 收稿日期:2025-08-28
  • 最后修改日期:2025-10-22
  • 录用日期:2026-01-08
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