基于Sagnac效应的连续波腔衰荡气体浓度测量系统

"李志全，任晓丽，孙宇超等人发表的‘新型的连续波腔衰荡法测量气体浓度系统’是一篇首发论文，主要探讨了一种利用环形光路的Sagnac效应和腔衰荡测量技术来实现微量气体浓度测量的新方法。该系统结合了光纤环和高反射率镜，通过调整光纤环的转速改变衰荡腔的反射率，降低了对入射光强的需求，并进行了理论分析、公式推导以及仿真实验，以验证系统性能。关键词包括Sagnac效应、腔衰荡技术和光纤环。" 本文介绍的新型连续波腔衰荡法测量气体浓度系统是一种创新的光学检测技术，它基于Sagnac效应和腔衰荡原理。Sagnac效应是当光在环形光路中传播时，由于光路中存在相对运动，导致顺行光和逆行光的相位差，这一现象常用于光学陀螺仪和干涉测量中。在本系统中，环形光纤代替传统反射镜，形成一个可调反射率的衰荡腔。光纤环的转动改变了光在环内的往返时间，从而影响反射率，这种设计使得系统能够灵活地适应不同强度的输入光源。 腔衰荡技术，又称连续波腔减振光谱法（Continuous Wave Cavity Ring-Down Spectroscopy, CW-CRDS），是一种高度灵敏的光谱测量技术。当激光脉冲进入高反射率的光学谐振腔后，由于腔内多次反射，光强会迅速衰减，衰减速率与腔内物质的吸收特性有关。通过精确测量光衰减的时间，可以推算出气体分子的浓度。 在理论分析部分，作者推导了反射率与光纤环转速的关系，这有助于理解如何通过控制光纤环来调整衰荡腔的特性。此外，他们还建立了连续波腔衰荡微量气体浓度测量的数学模型，以定量描述气体浓度与光衰减之间的联系。仿真实验则进一步验证了系统的测量精度和稳定性，确认了设计的有效性。 论文的关键创新点在于将Sagnac效应引入到腔衰荡技术中，不仅提高了系统的灵活性，也降低了对光源强度的依赖，这对于实际应用尤其是在环境监测、工业生产过程中的气体浓度测量具有重要意义。通过这种方式，可以实现对痕量气体的高效、精确检测，对于环境保护、安全监控等领域具有广泛的应用前景。