CN109580541B - 一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置及方法。该测量装置包括用于产生激光光束的激光光源，调制光路机构，用于接收经过调制光路机构调制后的激光光束并将激光光束发生干涉叠加的无源谐振腔，用于接收所述干涉叠加后的激光光束并产生电信号的光学外差探测机构，接收所述电信号并判断所述电信号与预设阈值的关系的数据处理机构，若电信号大于所述预设阈值时，数据处理机构发出关断所述激光光源的指令并通过数据采集电路采集、描绘衰荡曲线及计算待测痕量物质浓度。该测量装置及方法能够提高测量精度、操作简单且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及光谱探测的技术领域，具体涉及一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置及方法。
背景技术
在环境分析、生命科学、医学医疗、国防安全、先进制造工业等许多领域存在大量的痕量物质检测需求，并且对检测灵敏度的要求越来越高。在各种超高灵敏度的光谱探测技术中，基于无源谐振腔增强的技术是重要的一类。基于无源谐振腔增强技术的特征是：将待测样品置于谐振腔内，利用谐振腔对光波的多次反射来增加光与物质作用的距离，从而提高测量精度。对于无源腔来说，腔内光强衰减速度与腔镜反射率及两腔镜间的距离有关。当光学无源腔内充满待测气体(或液体)时，腔内光强衰减速度会由于物质吸收而增加。在调节良好的情况下，腔内光强将呈单e数衰减。通过绘制腔内光强衰减速率与对应的激光波长之间的关系，可以获得腔内痕量待测物质的吸收光谱。
在传统的光腔衰荡光谱(CRDS)测量系统中，用于装待测气体高品质光学无源腔通常采用两镜式直腔。两镜腔普遍存在很难消除的标准具效应，会给光强测量带来较大误差，降低测量精度。
传统的光腔衰荡光谱(CRDS)中采用Drever的PDH方法利用光学谐振腔的相位特性构成稳频系统，利用调频光谱技术获得光学谐振腔的色散曲线作为鉴频曲线图。对激光作微小的相位调制，产生分布在载频两侧、幅度相等但初始位相相反的二个边频带。由于受谐振腔或其它介质的影响，两个边频带的幅度或相位有了不均匀的变化，则两差拍信号不能完全抵消，接收器会输出一个频率信号。该输出信号用来产生类似于谐振腔相移曲线的鉴频曲线，从而在较小的范围内均能产生有效的误差信号用以调控腔长，因此，系统不易失锁，抗干扰能力很强。但是，这种调频光谱技术的成本高，且对激光频率控制精度要求高、操作难度大。
传统的光腔衰荡光谱(CRDS)测量系统测量腔出射光强时，光电探测器探测从无源腔某一腔镜透射出的激光能量衰荡变化。由于光能量较低，因此，探测器需要具备高探测灵敏度，即对系统光电检测器件的精度要求较高。
另外，由于光腔衰荡光谱系统的复杂性及高精密性，大多数研究尚停留在实验室阶段，还没有比较成熟的可以实现准确测量的腔衰荡光谱测量装置。
针对传统的光腔衰荡光谱(CRDS)测量系统存在操作难度大、成本高、精度不够等问题，急需一种能够提高精度、操作简单且成本低的光学外差法腔衰荡光谱测量装置及方法。
发明内容
针对传统的光腔衰荡光谱(CRDS)测量系统存在操作难度大、成本高、精度不够等问题，本发明实施例提供一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置及方法。该光学外差法腔衰荡光谱测量装置及方法能够提高测量精度、操作简单且成本低。
该光学外差法腔衰荡光谱测量装置的具体方案如下：一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置包括：激光光源，用于产生激光光束的光源；调制光路机构，用于调制所述激光光束；无源谐振腔，用于接收经过所述调制光路机构调制后的激光光束，并将所述激光光束在所述无源谐振腔发生干涉叠加；光学外差探测机构，包括分束镜、位于所述分束镜的第一路光路上的反射镜，位于所述分束镜的第二路光路上的第一聚焦镜和转镜，位于所述分束镜的第二路光路反方向上的可变光阑、线栅偏振片、第二聚焦镜和光电探测器；所述光学外差探测机构接收所述干涉叠加后的激光光束并产生电信号；数据处理机构，接收所述电信号并判断所述电信号与预设阈值的关系，若电信号大于所述预设阈值时，数据处理机构发出关断所述激光光源的指令并通过数据采集电路采集、描绘衰荡曲线及计算待测痕量物质浓度。
优选地，所述测量装置包括激光控制器电路，所述激光光源采用分布反馈式激光器，所述数据处理机构通过激光控制器电路控制所述分布反馈式激光器。
优选地，所述调制光路机构包括光准直器、声光调制器、偏振分光棱镜、模式匹配镜和光阑。
优选地，所述偏振分光棱镜将所述激光光束分成一路P偏振光，一路S偏振光；所述P偏振光通过波长计接收并将波长值反馈至数据处理机构，所述S偏振光经过所述模式匹配镜调整后进入光阑，再经过所述光阑到达所述无源谐振腔的输入耦合镜。
优选地，所述无源谐振腔包括位于腔体上的输入耦合镜、输出耦合镜、进气口、出气口、压力传感器、温度传感器以及位于腔体内的球面镜、波长监测器。
优选地，所述输入耦合镜、输出耦合镜和球面镜构成闭合的中心光路，所述中心光路与所述激光光束同轴。
优选地，所述球面镜上安装有腔长调节装置，用于调整所述球面镜与所述输入耦合镜、输出耦合镜之间的距离。
优选地，所述测量装置还包括压电陶瓷控制电路，所述无源谐振腔与所述压电陶瓷控制电路连接后，连入所述数据处理机构。
本发明实施例还提供一种光学外差法腔衰荡光谱测量方法。该测量方法包括步骤S1：激光光源发射激光光束经过调制光路机构到达无源谐振腔；步骤S2：激光光束在所述无源谐振腔内发生干涉叠加；步骤S3：干涉叠加后的激光光束进入光学外差探测机构，产生两路频率不同的相干光并产生电信号；步骤S4：数据处理机构接收所述电信号并判断所述电信号与预设阈值的关系，若电信号大于所述预设阈值时，数据处理机构发出关断所述激光光源的指令并通过数据采集电路采集、描绘衰荡曲线及计算待测痕量物质浓度。
优选地，所述计算待测痕量物质浓度的公式为：
其中，
R1为输入耦合镜的功率反射率，R2为输出耦合镜的功率反射率，R3为球面镜的功率反射率，L是无源谐振腔内依次循环的光路径总长度，τ是无源谐振腔内存在待测物质时的衰荡时间常数，τ0是无源谐振腔真空状态下的衰荡时间常数，c是光速，α是腔内待测样品的吸收系数，S是吸收线强，g是线型函数，ρ是分子密度，xj是待测物质摩尔分数。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例所提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置和方法与直接探测腔衰荡光谱的装置及方法相比具有灵敏度高、输出信噪比高、精度高等优点。本发明实施例所提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置加入了激光频率稳定的结构，使得激光器与谐振腔频率匹配过程中，可以不采用Drever的反馈锁定的方法，既节省了PM等一系列器件降低了成本，又降低了PZT调制的频率降低了控制难度。本发明实施例所提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置采用三角形环形无源谐振腔，与传统的两镜直腔相比具有以下优势：除输入、输出腔镜外，折叠镜的加入方便了调腔式系统中PZT腔长调制器的安装；激光选择从折叠镜入射到腔内时，可防止光束直接被反射回激光器，从而可节省光隔离器。本发明实施例所提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置采用分布反馈式激光器，通过电流调制来实现激光器的快速关断，省去了昂贵的声光开关，并且使关断时间更短，降低了测量误差。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置的结构示意图；
图2为图1所示实施例中无源谐振腔的结构示意图；
图3为本发明实施例中衰荡事件建立后无源谐振腔输出的光功率信号示意图；
图4为本发明实施例中提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量方法的步骤流程示意图。
附图中标号说明：
100、测量装置1、激光光源2、光准直器
3、声光调制器4、偏振分光棱镜5、模式匹配镜
6、光阑7、输入耦合镜8、球面镜
9、输出耦合镜10、波长监测器11、与无源谐振腔连接构成
锁定回路
12、分束器13、第一聚焦镜14、转镜
15、反射镜16、可变光阑17、线栅偏振片
18、第二聚焦镜19、光电探测器20、压电陶瓷控制电路21、激光控制器电路22、数据处理机构23、进气口
24、出气口25、无源谐振腔26、温度传感器
27、压力传感器28、密封调整架
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明实施例中提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置的结构示意图。在该实施例中，光学外差法腔衰荡光谱测量装置100包括用于产生激光光束的光源的激光光源1，用于调制所述激光光束的调制光路机构，无源谐振腔25，光学外差探测机构和数据处理机构。无源谐振腔25用于接收经过调制光路机构调制后的激光光束，并将所述激光光束在所述无源谐振腔发生干涉叠加。光学外差探测机构包括分束镜12、位于分束镜12的第一路光路上的反射镜15，位于分束镜12的第二路光路上的第一聚焦镜13和转镜14，位于分束镜12的第二路光路反方向上的可变光阑16、线栅偏振片17、第二聚焦镜18和光电探测器19。光学外差探测机构接收所述干涉叠加后的激光光束并产生电信号。数据处理机构22接收所述电信号并判断所述电信号与预设阈值的关系，若电信号大于所述预设阈值时，数据处理机构22发出关断所述激光光源的指令并通过数据采集电路采集、描绘衰荡曲线及计算待测痕量物质浓度。
继续参照图1，测量装置100还包括激光控制器电路21。激光光源1采用分布反馈式激光器(Distributed Feed-Back)，分布反馈式激光器可以通过电流调制来实现激光器的快速关断。激光光源1可以调谐到待测气体吸收峰所在的频率，出射光束为基模高斯光束。理想的激光光源1的带宽为2MHz，激光输出功率为10mW，激光光源1为具有温度、电流调谐功能的分布反馈式激光器。激光控制器电路21与激光光源1连接，并且连接至数据处理机构，数据处理机构通过激光控制器电路控制所述分布反馈式激光器。调制光路机构包括光准直器2、声光调制器3、偏振分光棱镜4、模式匹配镜5和光阑6。光准直器2用于调节激光光源1出射的激光光束的质量，便于与无源谐振腔25进行模式匹配。偏振分光棱镜4将激光光束分成一路P偏振光，一路S偏振光；P偏振光通过波长计接收并将波长值反馈至数据处理机构22，所述S偏振光经过模式匹配镜5调整后进入光阑6，再经过光阑6到达无源谐振腔25的输入耦合镜7。光阑6用于滤掉激光光束分布特性不太好的边缘光。模式匹配镜5将入射光束高效率的耦合进无源谐振腔25，耦合进无源谐振腔的光束将在腔内往返多次建立起具有一定强度的脉冲光强信号，最后出射光由输出耦合镜9出射。
参照图2，无源谐振腔25包括位于腔体上的输入耦合镜7、输出耦合镜9、进气口23、出气口24、压力传感器27、温度传感器26以及位于腔体内的球面镜8、波长监测器10。在该实施例中，输入耦合镜7、输出耦合镜9和球面镜8构成闭合的中心光路，所述中心光路与所述激光光束同轴。球面镜8上安装有腔长调节装置，腔长调节装置被安装在密封调整架28上，调整架28具有气密性，安装在在无源谐振腔的一端。通过腔长调节装置调节球面镜8与输入耦合镜7、输出耦合镜9之间的距离，使能在腔里稳定存在的基模模式的光束的谐振频率为待测气体的吸收峰所在频率。球面镜8与输入耦合镜7、输出耦合镜9形成三角形环形反射光路。输入耦合镜7的反射率相对较低，其透射率为球面镜8和输出耦合镜9的透射率之和，激光光束由输入耦合镜7进入无源谐振腔25。输入耦合镜7也可称为腔入射镜。输出耦合镜9作为腔出射镜，光外差探测机构接收并探测从这面反射镜透射出的光。输入耦合镜7和输出耦合镜9分别为具有高反射率的反射镜，反射率在待测物质吸收峰范围内为99.995％-99.9995％。输入耦合镜7和输出耦合镜9各自位于无源谐振腔体预留的通光孔处。无源谐振腔25的腔体采用铟钢材料制成。压力传感器27用于探测无源谐振腔内的压强。温度传感器26具体可以采用铂电阻，用于探测无源谐振腔内的温度。
在无源谐振腔25的腔体内形成稳定光路后，在输出耦合镜9透射较强的光信号，出射光被分束器12分成两束光：一束光作为信号光束，经过第一聚焦镜13后被偏心轮14反射，经第一聚焦镜13后透射穿过分束器12，再穿过可变光阑16以及线栅偏振镜1，光经过第二聚焦镜18后进入光电检测器19。偏心轮14的转动相当于目标沿光波方向并有一运动速度，光的回波就产生了多普勒频移，其频率为f1。另一束光作为本振光波，透射经过分束器12后达到反射镜15，经反射后到达分束器12，被反射镜15反射后穿过可变光阑16以及线栅偏振镜17，经过第二聚焦镜18后进入光电检测器19，其频率为f0。频率f1和频率f0不相同。
可变光阑16用来限制两光束射向光电检测器19的空间方向。线栅偏振镜17用来使两束光变为偏振方向相同的相干光，然后两束光垂直投射到光电检测器19上。两束光在光电探测器19表面进行混频，形成相干光场，经检测器变换后，输出信号包含差频信号，故又称相干光场，具体的理论及测量过程见相关文献。通过对输出信号的测量获得腔内光强阈值积累的判断和衰减速率的测量。最后通过对光强衰减速率的测量获得光腔衰荡光谱。数据处理机构22接收所述电信号并判断所述电信号与预设阈值的关系，若电信号大于所述预设阈值时，数据处理机构22发出关断所述激光光源的指令并通过数据采集电路采集、描绘衰荡曲线及计算待测痕量物质浓度。
继续参照图1，测量装置100还包括压电陶瓷控制电路20，无源谐振腔25与压电陶瓷控制电路20连接后，连入数据处理机构22。在该实施例中，数据处理机构22具体可以采用计算机。
本发明实施例所提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置也可以看成是包括光路部分、电路部分、换气装置部分和软件控制部分。光路部分依次包括激光光源、声光调制器、偏振分光棱镜、匹配光路、无源谐振腔光路、光外差探测光路等部件。电路部分包括无源谐振腔的温度及压强探测电路、衰荡控制电路、高速数据采集电路及计算机。其中，衰荡控制电路包括波长计、激光器控制电路、腔长调节装置控制电路、光强探测电路，可以实现波长检测、激光器出射光与无源谐振腔基模之间的谐振、阈值关断、衰荡曲线的采集功能。软件控制部分所需实现的主要功能包括：协调各个光路模块和电路模块的工作，采集并分析腔出射光信号并绘制衰荡光谱曲线；计算痕量物质浓度。
本发明实施例所提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置与直接探测腔衰荡光谱的装置相比具有灵敏度高、输出信噪比高、精度高等优点。
本发明实施例所提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置加入了激光频率稳定的结构，使得激光器与谐振腔频率匹配过程中，可以不采用Drever的反馈锁定的方法，既节省了PM等一系列器件降低了成本，又降低了腔长调节装置调制的频率降低了控制难度。
本发明实施例所提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置采用三角形环形无源谐振腔，与传统的两镜直腔相比具有以下优势：除输入、输出腔镜外，折叠镜的加入方便了调腔式系统中腔长调节装置的腔长调制器的安装；激光选择从折叠镜入射到腔内时，可防止光束直接被反射回激光器，从而可节省光隔离器。
本发明实施例所提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置采用分布反馈式激光器，通过电流调制来实现激光器的快速关断，省去了昂贵的声光开关，并且使关断时间更短，降低了测量误差。
如图4所示，本发明实施例中提供的一种光学外差法腔衰荡光谱测量方法的步骤流程示意图。在该实施例中，光学外差法腔衰荡光谱测量方法包括四个步骤。
步骤S1：激光光源发射激光光束经过调制光路机构到达无源谐振腔。激光光源为单模保偏光纤输出，光出口为FC接口，直接与光纤准直器入口相连。激光光源发出的光经过光纤准直器准直后到达匹配镜，经匹配镜匹配调整后到达光阑，再经过光阑对杂光的拦截，光束到达无源腔入射镜面。在镜面处激光被分成两路：其中一路是被腔入射镜直接反射的光，由波长计接收用来检测波长并把波长值反馈到数据处理机构，通过数据处理机构对激光光源进行温度或电流调制，使最终激光波长稳定在待测物质吸收峰所在位置；另一路光透射穿过腔入射镜进入无源谐振腔。
步骤S2：激光光束在所述无源谐振腔内发生干涉叠加。通过腔长调节装置推动球面镜以扫描腔长，使激光光源出射的光束与无源谐振腔基模之间产生谐振，并锁定。透射穿过腔入射镜的激光，穿过待测样品，传输到达腔出射镜，极小部分光透射出腔，绝大部分光经腔出射镜反射后；穿过待测样品，到达球面镜，极小部分光透射出腔，绝大部分光再经球面镜反射后，穿过待测样品，返回第腔入射镜，极小部分光透射出腔，绝大部分光经腔入射镜反射；穿过待测样品，传输到达腔出射镜。多次重复上述反射出射的步骤，最后经过多次反射并与后进入腔的光干涉叠加的激光透射穿过腔出射镜，到达分束镜。
步骤S3：干涉叠加后的激光光束进入光学外差探测机构，产生两路频率不同的相干光并产生电信号。到达分束镜的光信号被分成两路：一路透射穿过分束镜，经平面镜反射后原路返回分束镜，被反射后到达可变光阑，作为本振光波，其频率为f0；另一路被分束镜反射，经通过聚焦镜到达偏心轮，偏心轮转动相当于目标沿光波方向并有一运动速度，光的回波就产生了多普勒频移，经偏心轮反射后由透镜聚焦到可变光阑上作为信号光束，其频率为f1。可变光阑用来限制两光束射向光电检测器的空间方向，两束光通过可变光阑后到达线栅偏振镜，两束光变为偏振方向相同的相干光，两束光经聚焦镜聚焦后垂直投射到检测器上。
步骤S4：数据处理机构接收所述电信号并判断所述电信号与预设阈值的关系，若电信号大于所述预设阈值时，数据处理机构发出关断所述激光光源的指令并通过数据采集电路采集、描绘衰荡曲线及计算待测痕量物质浓度。相干光照射到光电探测器，被转变为电信号。当光强达到预先设置的阈值时，通过激光器的电流调制实现激光的快速关断，并通过数据采集电路采集并描绘出衰荡曲线，衰荡曲线通过公式1和公式2进行分析：
其中，R1为输入耦合镜的功率反射率，R2为输出耦合镜的功率反射率，R3为球面镜的功率反射率，L是无源谐振腔内依次循环的光路径总长度，τ是无源谐振腔内存在待测物质时的衰荡时间常数，τ0是无源谐振腔真空状态下的衰荡时间常数，c是光速，α是腔内待测样品的吸收系数。如图3所示，本发明实施例中衰荡事件建立后无源谐振腔输出的光功率信号示意图。
通过公式1和公式2可以通过衰荡时间常数τ和τ0反演出待测物质的吸收系数α，进而计算出待测物质浓度xj(摩尔分数)。具体计算待测物质浓度xj的表达式如公式3所示：
其中，S是吸收线强，g是线型函数，ρ是分子密度，xj是待测物质摩尔分数
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置，其特征在于，所述测量装置包括： 激光光源、调制光路机构、无源谐振腔、光学外差探测机构、数据处理机构，
所述激光光源，用于产生激光光束的光源；
所述调制光路机构，包括光准直器、声光调制器、偏振分光棱镜、模式匹配镜和光阑，用于调制所述激光光束，具体地，所述偏振分光棱镜将所述激光光束分成一路P偏振光，一路S偏振光；所述P偏振光通过波长计接收并将波长值反馈至数据处理机构，所述S偏振光经过所述模式匹配镜调整后进入光阑，再经过所述光阑到达所述无源谐振腔的输入耦合镜；
所述无源谐振腔，用于接收经过所述调制光路机构调制后的激光光束，并将所述激光光束在所述无源谐振腔发生干涉叠加；
所述光学外差探测机构，包括分束镜、位于所述分束镜的第一路光路上的反射镜，位于所述分束镜的第二路光路上的第一聚焦镜和转镜，位于所述分束镜的第二路光路反方向上的可变光阑、线栅偏振片、第二聚焦镜和光电探测器；所述光学外差探测机构接收所述干涉叠加后的激光光束并产生电信号；
所述数据处理机构，接收所述电信号并判断所述电信号与预设阈值的关系，若电信号大于所述预设阈值时，数据处理机构发出关断所述激光光源的指令并通过数据采集电路采集、描绘衰荡曲线及计算待测痕量物质浓度；
计算待测痕量物质浓度的公式为：
其中，
，
，R1为输入耦合镜的功率反射率，R2为输出耦合镜的功率反射率，R3为球面镜的功率反射率，L是无源谐振腔内依次循环的光路径总长度，τ是无源谐振腔内存在待测物质时的衰荡时间常数，τ0是无源谐振腔真空状态下的衰荡时间常数，c是光速，α是腔内待测样品的吸收系数，S是吸收线强，g是线型函数，ρ是分子密度，xj是待测物质摩尔分数;
所述无源谐振腔包括位于腔体上的输入耦合镜、输出耦合镜、进气口、出气口、压力传感器、温度传感器以及位于腔体内的球面镜、波长监测器,
所述球面镜上安装有腔长调节装置，用于调整所述球面镜与所述输入耦合镜、输出耦合镜之间的距离,球面镜与输入耦合镜、输出耦合镜形成三角形环形反射光路,其透射率为球面镜和输出耦合镜的透射率之和，激光光束由输入耦合镜进入无源谐振腔。
2.根据权利要求1所述的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置，其特征在于，所述测量装置包括激光控制器电路，所述激光光源采用分布反馈式激光器，所述数据处理机构通过激光控制器电路控制所述分布反馈式激光器。
3.根据权利要求1所述的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置，其特征在于，所述输入耦合镜、输出耦合镜和球面镜构成闭合的中心光路，所述中心光路与所述激光光束同轴。
4.根据权利要求1所述的一种光学外差法腔衰荡光谱测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括压电陶瓷控制电路，所述无源谐振腔与所述压电陶瓷控制电路连接后，连入所述数据处理机构。
5.一种光学外差法腔衰荡光谱测量方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述的光学外差法腔衰荡光谱测量装置，所述测量方法包括：
步骤S1：激光光源发射激光光束经过调制光路机构到达无源谐振腔；
步骤S2：激光光束在所述无源谐振腔内发生干涉叠加；
步骤S3：干涉叠加后的激光光束进入光学外差探测机构，产生两路频率不同的相干光并产生电信号；
步骤S4：数据处理机构接收所述电信号并判断所述电信号与预设阈值的关系，若电信号大于所述预设阈值时，数据处理机构发出关断所述激光光源的指令并通过数据采集电路采集、描绘衰荡曲线及计算待测痕量物质浓度；
所述计算待测痕量物质浓度的公式为：
其中，
，
，R1为输入耦合镜的功率反射率，R2为输出耦合镜的功率反射率，R3为球面镜的功率反射率，L是无源谐振腔内依次循环的光路径总长度，τ是无源谐振腔内存在待测物质时的衰荡时间常数，τ0是无源谐振腔真空状态下的衰荡时间常数，c是光速，α是腔内待测样品的吸收系数，S是吸收线强，g是线型函数，ρ是分子密度，xj是待测物质摩尔分数;
所述无源谐振腔包括位于腔体上的输入耦合镜、输出耦合镜、进气口、出气口、压力传感器、温度传感器以及位于腔体内的球面镜、波长监测器,
所述球面镜上安装有腔长调节装置，用于调整所述球面镜与所述输入耦合镜、输出耦合镜之间的距离,球面镜与输入耦合镜、输出耦合镜形成三角形环形反射光路,其透射率为球面镜和输出耦合镜的透射率之和，激光光束由输入耦合镜进入所述无源谐振腔。
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