腔衰荡光谱的动态Allan方差微分测量

摘要

动态Allan方差（的DaVaR）的方法，用于分析非平稳信号的时变特性，并因此结合到光腔衰荡光谱法（CRDS）实验来评价随机误差。随着突然的不稳定性的影响的数值模拟，速度慢，或在环缩小处理的测定精度的周期性变化，是的DaVaR证明是在干扰环境来评估随机误差特性的有效方法。为了最小化在CRDS随时间变化的噪声的影响，实际的差分测量的方法，提出了，在这种波长调制被施加在吸收峰和在时分方式nonabsorption峰来检测所述衰荡时间。The validity of the differential measurement is proved with its ability to compensate the influence of the environment changes and improves the accuracy from 0.181 ppm to 0.00914 ppm. The differential measurement method can be used to correct the time-varying error in real time and is helpful to improve the environmental adaptability of the CRDS instrument.

1.介绍

作为被广泛接受的吸收光谱技术之一，光腔衰荡光谱法（CRDS）示出了在公司中与高品质的反射镜和空腔的发展迅速的进展。两个显著的​​优势带来CRDS与其他吸收光谱法[不同的鲜明特点1］.首先，由于CRDS的线宽非常窄，它具有超高的光谱分辨率，可以准确区分两种不同物质的相似吸收波长或同一物质的相似吸收波长。其次，采用超高反射镜构造衰荡腔，有效吸收路径可达数十公里，从而保证了极高的灵敏度。CRDS最初用于校准超高反射镜的反射率。由于奥基夫和迪肯的开创性作品[2]，该技术因其高的检测灵敏度在痕量气体的检测中发挥了重要作用。克罗斯森使用基于crds的分析仪器测量温室气体(即CH₄/ co.₂/小时₂O） 并与美国国家海洋和大气管理局（NOAA）一起对长期运行性能进行了评估[3.］.他们的工作验证了使用基于crds的装置进行大气监测的可行性。Chen等人使用CRDS技术测量甲烷及其同位素。他们工作的CRDS频谱分析仪将用于未来的火星表面任务，因为它凭借其极高的灵敏度能够满足对火星大气的探测要求[4］.Chen等使用CRDS技术检测口腔呼出中的HCN，样本浓度范围为0.9 ~ 10.9 ppb [5]. HCN被认为是一种潜在的癌症标志物铜绿假单胞菌肺部感染。CRDS技术除了在痕量气体检测领域的应用外，还广泛应用于各个领域，如气溶胶检测[6，燃烧化学分析[7]和液相色谱图[8］.

错误分析在确定CRD测量敏感度方面发挥着重要作用。Huang和Lehmann研究了从高阶模式唤起的模式噪声，并建议插入空间过滤孔径以抑制这些高阶模式的形成[9］.作者还研究了线性双折射引起的残留菌株的节拍频率噪声，并提出了合适的偏振滤波装置来提高检测精度。Wang等人。研究了白噪声幅度对快速傅里叶变换（FFT），离散傅里叶变换，线性回归求和，Levenberg-Marquartt算法和最小二乘法的影响[10］.作者不仅在噪声，准确性和拟合精度和拟合率的影响方面进行了比较分析，而且还在验证讨论的实验研究中。Tan等人。从模式不匹配研究噪声，提出了基于质量因数的评估标准问，和执行对错误的分析从低效腔内积聚过程引起[11］.需要指出的是，以往的研究主要关注单个衰转曲线的误差分析，讨论标准Allan方差下噪声的时域特性。例如，Stowasser等人利用Allan方差对不同气压下的CRDS测量精度、线性度和漂移进行了比较分析[12］.Huang和Lehmann利用Allan方差分析了CRDS仪器的长期稳定性，并研究了机械变形与检测精度之间的关系[13］.

虽然标准的Allan方差可以很容易地满足不同误差源识别和整体噪声统计派生的任务[14，15]，它无法表征非间断，时变随机过程[16- - - - - -18］.然而，由于实际的衰变过程不可避免地受到温度、压力变化，甚至不同组分性能变化的影响，可以发现，标准Allan方差在这些复杂情况的分离和表征中不再有效。Karhu等人提出，这些时变误差是由腔衰荡速率的波动引起的，通常认为该波动是恒定的[19］.另一个需要注意的问题是，这些随时间变化的漂移噪声在衰荡率中给出了CRDS灵敏度的最终极限，特别是在包含长时间平均拟合的情况下。一种可能的解决办法是同时记录在吸收处或远离吸收处的衰荡时间，因为它们之间的差异可以直接用来计算衰减系数。

本文利用动态Allan方差(DAVAR)模拟时变噪声的特征，分析时变噪声对CRDS测量精度的影响。为了消除环境因素和仪器漂移引起的时变噪声的影响，提出了一种实用的差分测量方法。通过检测有无气体吸收时的衰减时间，修正了时变噪声引起的误差。通过改变CRDS器件温度的实验，验证了上述方法的有效性。

2.DAVAR和仿真

2．1.阿伦方差

假设腔衰荡过程的输出信号在采样周期为T₀,完全N本文记录了一系列的曲线。铃声响了我_th集τ._我（在哪里 ）由CRDS式获得的[20.及快速傅立叶变换分析方法[21］.分离τ._我成同组表示每组数据的数量。然后，每组的平均值为 在哪里与所述Allan方差连接的参数。

根据Allan方差的定义， 在哪里·米是每个组的相关时间，三角形括号表示整体平均值，以及是离散序列。示出的依赖关系曲线在可以通过调整相关时间的数量来获得 ．曲线的另一个双对数处理给予Allan方差。

2.2。的DaVaR

DAVAR是Galleani等人提出的一种方法，最初用于原子钟的时变稳定性测量[16- - - - - -18］.DAVAR描述了一个时变信号并通过滑动所述信号序列的估计与不同的时间段获取其Allan方差。的DaVaR因此引入的时间信息转换成标准Allan方差，其可以在一个三维图形表征随时间的噪声的统计评价倾向的形式来表达。

假设是否对离散的CRDS信号进行采样并记录其长度N．在滑动拦截使用窗口函数以点为中心T_c长度的给出了截获信号如下：

有连续的数据 在采样周期截获 ．遵循艾伦变异的定义，并将其分开 为组米连续数据。给出组内的相关时间。让T占据并且每个相关时间内的平均值可以表示为 在哪里 是从开始的相关时间内数组的平均值k^th截获数据连续数据。完全，可以通过步长可以获得阵列米的数据长度内 ．两个相邻阵列之间的平均差值为

将内部每两个相邻数组之间的所有平均差值分组从而形成一个集合，包括元素。根据艾伦方差的定义，一个人有

2.3. 模拟

在该情况下，在不令人满意的环境中CRDS设备工程，改变温度，压力，或振动情况导致该腔室的未对准或以痕量气体的吸收截面的变化。这导致测量精度的恶化。为了模拟不稳定的环境中，例如周期性变化，突然变化和缓慢进化的实际情况，附加噪声对在本文件的衰荡时间序列，并且对测量精度的影响强加分析与标准艾伦方差的DaVaR。

高斯噪声作为一种加性噪声存在于衰减时间序列中。本文通过对高斯噪声的幅值进行正弦调制来模拟环境的影响。是一个长度为8000个数据的振铃时间序列。平均是36 μ.s。The Gaussian noise intensity is 40 dB. A sinusoidally modulated Gaussian noise of 10 dB is then added to ，如图所示1(一)．Allan方差计算为先前相关时间和下一个相关时间中采样数据的平均值与下一个相关时间之间的差异。如果相关时间中数据的平均值不会改变，则无法展示变化的效果。由于正弦调制的高斯噪声的平均值趋于0，因此使用Allan方差的分析不能反映正弦调制噪声的影响。两条曲线的趋势基本相同。噪声等效吸收系数已从9.8×10变化⁻⁹厘米⁻¹·赫兹^−1/21.5×10⁻⁸厘米⁻¹·赫兹^−1/2．吸收系数的差异是由于相关时间设置短。为了增加时间分辨率，Allan方差中的相关时间设定得相对较小。这将导致相关时间期间加载的噪声的平均值可能不是零，这将增加等效噪声系数。使用Davar分析加载的正弦调制噪声，如图所示1 (c)，在不受噪声影响的时间段，例如从0 s到2000 s和6000 s至8000 s，噪声等效吸收系数约为4.4×10⁻⁹厘米⁻¹·赫兹^−1/2. 2000年期间, s–6000 s受噪声影响，噪声等效吸收系数从4.4 × 10⁻⁹厘米⁻¹·赫兹^−1/2至2.2 × 10⁻⁸厘米⁻¹·赫兹^−1/2，且变化呈正弦波趋势，与负载噪声一致。

气体压力的变化和环境振动可能会导致停振时间的突然变化。突变信号是一种不连续的变化，通常表示仪器运行状态的变化，可能是由于气体压力冲击或振动引起谐振腔失谐，也可能是电路故障。一个2μ.将S突变信号添加到衰减时间序列中，其中延迟时间为36 μ.高斯噪声强度为40 dB。使用Allan方差分析添加突变信号前后停滞时间序列的变化，如图所示2（b）．噪声等效吸收系数为9.1 × 10⁻⁷厘米⁻¹赫兹^−1/2．可以看出，突变信号引起的大方差使得计算发散，后续采样无法进行分析。Allan方差可以反映信号的变化，但无法得到突变信号发生的时刻以及对整个过程的影响。数字2（c）利用DAVAR分析包含突变信号的时间序列。突变前的噪声等效系数为4.6 × 10⁻⁹厘米⁻¹·赫兹^−1/2，并且突然变化信号持续时间内的NEA为1.4×10⁻⁸厘米⁻¹·赫兹^−1/2．的DaVaR具有在时域中，它可以跟踪急剧信号的动态变化过程中的时间分辨能力。它也注意到，实时跟踪和性能估计可靠性的能力强烈与已配置的计算窗口的类型和长度相关[22- - - - - -24］.本文中的窗口类型是一个长度为100个样本的矩形窗口。

漂移噪声是在CRDS中模拟器件在短时间内的温度漂移或器件性能长时间的退化。在40 dB高斯噪声衰减时间序列中加入漂移噪声。噪声漂移是高斯噪声标准差的两倍，如图所示3（a）．它可以从公式中知道（2)，当信号的平均值在相关时间发生变化时，Allan方差可以反映这种变化，如图所示3（b）．漂移噪声阻碍重复采样提高检测精度，最小等效噪声吸收系数为1.3 × 10⁻⁹厘米⁻¹．的DaVaR可以显示漂移噪声的在时域中的变化，如图3（c），噪声等效吸收系数从4.5 × 10⁻⁹厘米⁻¹·赫兹^−1/2至8.4 × 10⁻⁹厘米⁻¹·赫兹^−1/2．

在检测过程中，CRD设备受环境的影响及其自身因子，响尾时间将在时域中改变，例如突然变化，漂移和周期性变化。根据上述仿真和分析，Allan方差不能分析非平稳时变化信号。然而，Davar能够通过滑动窗口跟踪误差变化来清楚和直观地揭示信号方差的时间演变。因此，达瓦提供了一种有效的方法来评估CRD中随机误差的时变特征。

3.实验和分析

3．1.衰荡腔内温度变化的实验与分析

构建连续波CRD（CW-CRD）实验以检测甲烷的浓度（CH₄），如图中勾勒出来4．光源采用光纤耦合输出分布反馈二极管激光器(DFB-LD, NLK1U5FAAA, NEL)，中心波长约为1654 nm。红外激光光束经过一套模式匹配光学系统后，耦合到由两个相同的凹面高反射率反射镜组成的360 mm线性衰荡腔中。每个镜面的曲率半径为500毫米，在衰荡波长附近的反射率高于0.9999。在耦合光学前插入光隔离器(IO-4-1650-VLP, Thorlabs)，以抑制光学引起的光反馈。采用激光控制器(LDC-3724C，光波)设置DFB激光器的工作温度和调制电流，从而调节激光器的输出波长。然后将DFB激光器的输出波长调整到1653.722 nm，即甲烷的2v3吸收波段。DFB激光器利用信号发生器(33600A, Aglient)发出的频率为10hz的周期性三角波信号，实现了略大于衰荡腔自由光谱范围(FSR)的光谱扫描区域，从而保证了激光-腔光谱匹配的发生。从衰荡腔的传输然后由带聚焦透镜的光电探测器(PDA10CS-ES, Thorlabs)收集。

当光电探测器的输出达到预设阈值时，触发示波器（MSO 4104C，TEKTRONIX）并发送出次从信号发生器彻底关闭调制的顺序。因此，它使激光腔失配关闭并完成整个折断过程。在实验中，样品气体通过质量流量控制器进入空腔，并且腔内的气体压力为0.996巴。在腔的两端引入额外的干燥剂和颗粒过滤器以停止水蒸气和细颗粒的入口。

放置在腔体外壳内的热敏电阻测量温度。热控制器（TCM-X107，成都叶县科技）用于接收来自热敏电阻的信息，并通过固定在铝合金板中心的热电冷却器（TEC）精确控制环形腔的温度。实验的第一步是将衰荡腔的温度设置为25°C，并测量高纯度氮气（N₂纯度为99.99%)。重复测量并实现8000个环下事件。采用快速傅里叶变换分析方法提取不同事件的振铃时间，如图所示5. 然后使用Allan方差对结果进行分析，得出噪声等效吸收系数为2.4 × 10⁻¹⁰厘米⁻¹．

该实验的推移由连续引入高纯度氮气到空腔但慢慢地以0.001的速率℃/秒引发衰荡空腔的至28℃的温度。选择率作为实验告诉仅在热状况的缓慢的变化量保证在振铃信号采集发生无剧烈突然变化到空腔中，并且因此没有失败。在实验中使用的热控制器记录所述底板的温度变化过程中，如图6(一)．25°C的温度稳定性为0.0036°C, 28°C的温度稳定性为0.013°C。使用CRDS实验装置采集的温度变化过程中的衰减时间如图所示6 (b)．当腔温度为25°C时，延迟时间的平均值约为35.7 μ.S，当温度变为28°C时，延迟时间的平均值衰减至30.6 μ.s。

上述实验是根据温度，25℃，温度变化过程中，和28°C分为三个阶段。Allan方差和的DaVaR被用来分析所述实验数据。一个ccording to the analysis of Allan variance, the minimum noise equivalent absorption coefficient is 1.6 × 10⁻⁸厘米⁻¹，并且时间归一化噪声等效吸收系数为1.1×10⁻⁸厘米⁻¹·赫兹^−1/2．由于温度变化过程中，在相邻的相关时间变化的样品中，使得Allan方差无法评估整个采集过程的平均值。所述的DaVaR用于分析实验数据，如图7 (b)．The noise equivalent absorption coefficient is 1.5 × 10⁻⁹厘米⁻¹·赫兹^−1/2在25°C的温度下，它与allan的方差分析基本一致。由于温度变化过程，噪声等效吸收系数增加到7.9×10⁻⁹厘米⁻¹·赫兹^−1/2．一个fter the temperature stabilized at 28°C, the noise equivalent absorption coefficient is 3.4 × 10⁻⁹厘米⁻¹·赫兹^−1/2．噪声等效吸收系数增大的原因是腔温稳定性变差。DAVAR分析清楚地显示了温度变化的三个阶段，并反映了温度控制精度对衰减时间稳定性的影响。

在实验中，所述衰荡空腔固定在23.6热膨胀系数由铝合金制成的板 μ.m/m·K。与热膨胀系数为1.6的因瓦钢材料相比 μ.m/m·K时，铝合金在热变化环境下变形较大。用常规有限元分析，如图所示8，可以看到，当铝合金基板温度变化3℃时，固定镜面衰荡腔的基板变形在87.2 nm。由于温度而产生的变形与光轴的离轴角为1.3弧秒。离轴角的产生会增加腔内损耗，缩短衰荡时间。离轴角增大了腔内损耗，缩短了衰荡时间。实验中使用的铝合金底板，由于其热膨胀系数大，放大了这种现象。重复上述有限元分析过程，用因瓦钢代替铝合金材料，底板变形约为5.7 nm，离轴角约为0.17弧秒。使用殷钢基板不能消除温度变化的影响。

3.2. 差分测量方法与实验

折断腔的温度和输入气体的压力始终严格控制在CRD装置中，到几百百分之一的水平K（1σ.)和压力精度分别为0.05托，如Picarro公司制造的产品。[3.]. 这一点与电子学中总是定义一个非常精确的接地基准的事实非常相似。该基准的存在有助于仅通过检测单端信号相对于地的相对值来执行测量。因此，在整个测量过程中，测量信号的精度取决于系统中该“接地”的一致性。当该参考值由于外部环境的影响而波动时，这种波动引起的误差也会叠加在结果上。在CRDS中，指的是响铃关闭时间τ.₀可认为与电气测量中的上述“接地”相对应。

参考用于抑制电气测量中共模干扰的差分方法，研究人员通过测量“地面”实现了差分测量[25耶和霍尔[26]采用声光调制器作为移频器，对激光频率进行微调，分时测量吸收峰和非吸收峰的衰耗时间，实现差分测量。在他们的实验中，激光的输出频率是固定的，使用两个串行或并行的声光调制器来调制输出频率。差分测量也可以使用两个激光器来实现[13］.其中一种激光器具有与气体的吸收峰相对应的波长，用来测量吸收损失，另一种激光器用于测量仪器的漂移，用差分测量法对其进行校正。

根据现有方法和差分测量的在电气测量原理绘制的分析，提出了一种实用的差分测量的方法。通过快速地调制激光的输出频率，在吸收和nonabsorption峰所述衰荡时间以时间共享的方式被测量。在nonabsorption峰值的衰荡时间是用来记录对环境和漂移仪器的影响。在吸收峰，所述衰荡时间变由于气体吸收损耗短。气体浓度是由所述衰荡时间的变化来计算。在吸收峰的测定也受环境因素和仪器漂移。

本文采用自行研制的激光驱动电路代替图中的LDTC实验装置4．差分检测的步骤如下:（1）设置基极电压使得激光输出波长处于峰值nonabsorption（2）将调制波形加载在MODULATE终端上，通过激光电流扫描使其波长与腔模匹配（3）当探测器接收到的信号幅值达到阈值时，SHUTOFF通过失谐实现激光关机过程（4）设置基极电压使激光输出波长在吸收峰处;重复步骤2和步骤3，获得吸收峰处的衰荡时间

使用激光谱分析仪（771B-NIR，Bristol Instruments Inc.）来测试激光输出波长稳定性，并且在1小时内的输出稳定性为±1.2μm，这与LDTC中的性能一致4．大电流调制会影响激光器的热稳定性。的电压设置之间的差值和应尽可能小。

通过设置参数和 ，波长变化约为0.4nm，从图中可以看出9．MODULATE加载一个20赫兹的三角波。由于三角波信号的对称性，可以实现40hz的检测。该腔的自由光谱范围为441 MHz，波长调制范围设置为4 pm。

然后，将甲烷标准气体(1ppm，不确定度为2%)注入空腔。当衰荡腔温度从25°C变化到28°C时，差分测量法检测吸收峰和非吸收峰的衰荡时间，如图所示10．为了保证切换过程中波长的稳定性，检测频率也设置为1hz。由于温度变化的影响，吸收峰处的衰减时间由21.1改变μ.年代,至19.0μ.s。Pearson相关系数被引入以评估所述衰荡时间之间的吸收峰和峰nonabsorption [关系27]. 差分法检测的吸收峰和非吸收峰的衰荡时间之间的皮尔逊相关系数为0.95。由于温度变化的影响，两个独立的检测显示出非常高的相关性。振铃时间序列τ.在吸收峰处受到气体吸收衰减的影响，同时也受到温度变化引起的仪器检测基线漂移的影响。

CRD理论使得痕量气体的浓度可以表达为[28] 在哪里c是光速，吸收截面，当输入激光波长与吸收光谱中最强吸收波长重合时的衰荡时间当没有吸收时，空腔的倒闭时间。根据希兰的数据库，气体吸收横截面与温度和压力等参数有关[29］.本文利用Voigt线性[30.]和Hiran数据库。25°C的吸收横截面为1.479×10^-20厘米²分子⁻¹， 28℃时的吸收截面为1.471 × 10^-20厘米²·分子⁻¹．附录中解释了详细的计算过程。因此，在从25℃至28℃的实验期间，忽略吸收横截面的差异。

根据公式(7)，空腔衰变光谱是自校准的。用和由微分测量得到式(7)，对温度变化的影响可加以修正。本文采用如图所示的实验装置计算标准甲烷气体浓度4．在图中所示的衰荡时间5用作非吸收峰的振铃时间。计算结果如图所示11（a）with the standard deviation of 0.181 ppm. The test results using the differential measurement are shown in Figure11（b），标准偏差为0.00914ppm。温度变化的影响被实时通过差分测量校正，并且检测精度大约19倍的提高。

4。讨论

Davar是经典Allan方差的延伸，这不仅可以精心地表征和识别CRD检测中各种误差源的统计特征，而且还会随着时间的推移分析信号的动态特性。达瓦斯有助于分析在车辆，空中和其他恶劣环境中施用空腔响光光谱中的非间断信号的时变特征，从而更直观地表征环境变化与检测精度之间的相关性。

DAVAR所反映的时变误差特性可以采用差分测量方法进行修正。本文采用差分测量的方法来校正温度变化对检测精度的影响。差分测量法通过实时检测CRDS装置的“接地”并进行在线校准，提高了检测精度。

在实验室环境中容易获得稳定的“地面”，但在一些实际的CRDS技术解决方案和应用中，很难保证稳定的检测环境。例如，使用开口腔是一种很好的气溶胶和腐蚀性气体的检测方案，但开口腔结构使检测装置容易受到环境的影响。此外，在基于球载平台和无人机平台的CRDS检测设备中，严格的压力和温度控制需要额外的功耗和精密的机械设计，这将限制CRDS的应用。如上文所述，在克劳森的CRDS设备中[3.时，温度控制精度要求为百分之几K. 从本文描述的实验可以看出，实用的差分测量方法可以降低对温度控制精度的要求。改进的差动测量方法可以降低对工作环境的要求，从而提高仪器的环境适应性。

这种方法并非适用于所有情况。差分测量方法需要分别检测吸收峰和非吸收峰的衰荡时间，从而降低了检测率。其次，对于吸收峰较宽的被测气体，需要在较宽的范围内调节DFB激光器的电流，使波长偏离吸收峰。这一过程将影响激光的热稳定性，并可能导致波长稳定性的恶化。由于上述特点，差分校正法在快速检测和宽吸收截面气体检测精度方面的应用受到限制。

5.结论

在本文中，所述的DaVaR方法用于模拟时域误差在CRDS，并提出了一种差分检测方法到实时校正的基线漂移。随着突然的不稳定性的影响的数值模拟，速度慢，或在环缩小处理的测定精度的周期性变化，是的DaVaR证明是在干扰环境来评估随机误差特性的有效方法。在本文中，一个实用的差分测量的方法，提出了通过在吸收峰和nonabsorption峰值检测环降次来校正随时间变化的误差。甲CRDS实验装置构成，的DaVaR用于分析腔温度变化对检测精度的影响。温度变化的影响被实时通过差分测量校正，并且检测精度大约19倍的提高。差分测量方法可以用于实时校正时变误差和是有助于提高CRDS仪器的环境适应性。

6.未来的工作

基于腔衰减谱的动态Allan方差分析方法和差分测量方法将用于开放路径CRD。开放式腔在快速检测环境气体和气雾剂的消光系数中具有很大的优势[31，32］.然而，由于腔体是开放式结构，因此更容易受到外界环境的干扰。DAVAR可用于分析环境变化对检测精度的影响，差分测量方法提高了CRDS仪器的环境适应性。

附录

使用等式（7)的实验结果表明，温度变化对气体吸收截面的影响可以忽略不计。利用Voigt与HIRAN数据库的线性组合计算了不同温度下的甲烷吸收截面[30.］.具体计算过程如下:

Voigt线是高斯线和洛伦兹线的卷积，可以表示为: 在哪里是洛伦兹线的半高宽（全宽半最大值），是高斯线的半宽时宽，并且一个是幅度参数。但是，该功能不可推断，这里使用离散方法在此处理。 在哪里米是气体的相对分子量;n_空气温度依赖系数;γ._空气是空气展宽的宽度;γ._自己是自扩阔的宽度;是压力，和是气体的分压。在HITRAN数据库中的压力是一个标准大气压下，所以实际压力为比率与标准大气压力计算。

自 没有解析解，采用近似计算。近似计算结果的最大偏差小于5 × 10⁻⁴．

的参数见表1．

通过MATLAB仿真，得到了该材料的吸收截面R（3） 1653.722 μ.m随温度的变化，如图所示12．数字12(一个)为25℃时的甲烷吸收截面;吸收截面为1.479 × 10^-20厘米²·分子⁻¹在1653.722 nm处的吸收峰处12（b）我s a methane absorption cross section at the temperature of 28°C, and the absorption cross section is 1.471 × 10^-20厘米²·分子⁻¹在1653.722 nm的吸收峰处。

数据可用性

用于支持本研究结果的数据包括在文章中。

的利益冲突

作者声明没有利益冲突。

作者的贡献

Z.M.和J.Y.将研究概念化;Z.M.和J.H.负责方法论;钟敏、江永、江文、江洪起草了初稿;z.m.， j.w.和S.D.负责形式分析;zm和j.w调查研究，j.y获得资助;Z.M.和Y, L。回顾和编辑了这项研究。

致谢

本研究由中国科学院“战略性先导研究计划”资助(批准号:XDA17040511);中国科学院仪器研制项目(批准号:YJKYYQ20170035);中国科学院光电研究院创新工程项目(批准号:Y70B15A13Y)。

参考文献

1. B.帕尔杜斯和A. Kachanov，“光谱技术：腔增强方法中，”在斯普林格原子、分子和光学物理手册， G. Drake, Ed.，第633-640页，施普林格，纽约，美国，2006。视图:谷歌学者
2. A.奥基夫和D. A. G.迪肯，“使用脉冲激光源吸收测量光腔衰荡光谱仪，”科学仪器综述，第59卷，第12号，第2544-25511988页。视图:出版商的网站|谷歌学者
3. E. R. Crosson，“一种用于测量大气中甲烷、二氧化碳和水蒸气水平的空腔衰荡分析仪”应用物理B，第92卷，第3期，第403-408页，2008年。视图:出版商的网站|谷歌学者
4. Chen Y.， P. Mahaffy, V. Holmes et al.，“近红外腔衰荡光谱用于CH的同位素分析₄在未来的火星表面任务中，”行星和空间科学，第105卷，第117-122页，2014。视图:出版商的网站|谷歌学者
5. W. Chen, K. Roslund, C. L. Fogarty等人，“通过腔环下光谱检测口腔厌氧菌中的氰化氢”，科学报告-UK，卷。6，p。22577年，2016年。视图:出版商的网站|谷歌学者
6. A. J. Orrewing，F. D. Pope，M.I.Mazurenka，W.H Hyhie，I. C. Lane和S. M. Newman，在腔响水光谱在大气化学中的应用，第181-212页，约翰·威利父子有限公司，英国奇切斯特，2009年。
7. D刘，Z。余和J。Lin，“燃烧模块与腔衰荡光谱相结合的应用，用于同时测量SOC和δ.¹³c-soc，“光谱学杂志， 2018, vol. 2018, pp. 689345 - 5, 2018。视图:出版商的网站|谷歌学者
8. L范德斯内彭，C。古伊杰，W。乌巴奇和F。阿里斯分析化学中的空腔衰荡光谱， John Wiley & Sons, Ltd，奇切斯特，英国，2009。视图:出版商的网站
9. 黄海涛，“腔衰荡光谱中横向模耦合的噪声”，光学表达，卷。15，不。14，p。8745,2007。视图:出版商的网站|谷歌学者
10. D. Wang，R. Hu，P.Xie，M. Qin，L. Y Ling，J. Dua，“快速准确地提取腔响起光谱的延迟时间”，光谱学和光谱分析， vol. 34, pp. 2845-2850, 2014。视图:谷歌学者
11. Z.-q。棕褐色,Z.-g。王,X.-w。长，“连续波腔衰荡技术的新理论推导及其应用仿真，”中国摄影学报，卷。36，第60-63，2007。视图:谷歌学者
12. C. Stowasser，A。D. Farinas，J.Ware等，“一个用于样品限制应用的低容量腔翻录光谱仪”，应用物理B，卷。116，没有。2，第255-270，2014。视图:出版商的网站|谷歌学者
13. H. Huang和K. K. Lehmann，“连续波腔衰荡光谱实验的长期稳定性”，应用光学，第49卷，第49期。8, p. 1378, 2010。视图:出版商的网站|谷歌学者
14. D. W.艾伦，《原子频率标准的统计》IEEE的诉讼程序，卷。54，没有。2，pp。221-230，1966。视图:出版商的网站|谷歌学者
15. 吴立春，“基于allan方差法的环形激光陀螺性能表征，”制导，控制和动力学杂志，第20卷，第2期。1，第211-214页，1997。视图:出版商的网站|谷歌学者
16. L. Galleani和P. Tavella，“具有动态Allan方差的时钟行为的特征，”IEEE国际频率控制讨论会和PDA展览会，与第17届欧洲频率和时间论坛共同，第239-244页，IEEE，美国佛罗里达州坦帕，2003年3月。视图:出版商的网站|谷歌学者
17. L. Galleani和P. Tavella，“利用动态Allan方差跟踪时钟噪声中的非平稳性”2005年IEEE国际频率控制研讨会和博览会论文集，第392-396，IEEE，加拿大温哥华，2005年1月。视图:出版商的网站|谷歌学者
18. “非平稳时钟数据的动态Allan方差的解释”在IEEE国际频率控制联合研讨会论文集与第21届欧洲频率和时间论坛，页992-997,IEEE，日内瓦，瑞士，2007年5月。视图:出版商的网站|谷歌学者
19. J.Karhu，K.Lehmann，M.Vainio，M.Metsälä和L. Halonen，“逐步调制衰减腔翻转检测，用于双共振光谱”，“光学表达，卷。26，不。22，p。29086,2018。视图:出版商的网站|谷歌学者
20. R. Engeln, G. Berden, R. peters，和G. Meijer，“腔增强吸收和腔增强磁旋转光谱”，科学仪器综述，第69卷，第2期11，第3763 - 3769,1998。视图:出版商的网站|谷歌学者
21. M. Mazurenka, R. Wada, A. J. L. Shillings, T. J. A. Butler, J. M. Beames, and A. J. Orr-Ewing，“腔衰荡光谱中的快速傅里叶变换分析:在大气NO光学探测器中的应用₂”,应用物理B，卷。81，没有。1，第135-141页，2005年。视图:出版商的网站|谷歌学者
22. L. Galleani和P. Tavella，“动态Allan方差”，IEEE超音波、铁电和频率控制汇刊第56期3，第450-464页，2009。视图:出版商的网站|谷歌学者
23. I.赛西亚，L.加利亚尼，P. Tavella，“空间时钟行为特征的动态allan方差的应用”，航空航天和电子系统学报，卷。47，没有。2，第884-895，2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
24. Z.NA和L. Xuyou，“动态艾伦方差理论改进及其应用研究”，“Acta Optica Sinica.第31卷第1期11, pp. 1106001-1106003, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学者
25. J. Courtois, K. Bielska, J. T. Hodges，《差分腔衰荡光谱学》美国光学学会杂志B，第30卷，第6号，p。1486, 2013.视图:出版商的网站|谷歌学者
26. 叶俊杰、霍尔，“腔衰荡外差光谱学:微瓦光功率的高灵敏度，”物理评论A.第61卷第1期6、2000。视图:出版商的网站|谷歌学者
27. J. Benesty，J. Chen，Y. Huang，以及I. Cohen，“Pearson相关系数”语音处理中的降噪技术，德国柏林斯普林格，2009年。视图:出版商的网站|谷歌学者
28. K. K. Lehmann, G. Berden, and R. Engeln, in简介腔衰荡光谱， John Wiley & Sons, Ltd，奇切斯特，英国，2009。
29. I. E. Gordon, L. S. Rothman, C. Hill等人，“HITRAN 2016分子光谱数据库，”定量光谱与辐射传输杂志， vol. 203, pp. 3-69, 2017。视图:出版商的网站|谷歌学者
30. L. Xiuying，“大气甲烷吸收截面的比较分析”2012年计算机应用与系统建模国际会议论文集，亚特兰蒂斯新闻，中国太原，2012年7月。视图:出版商的网站|谷歌学者
31. L. E. Mchale, B. Martinez, T. W. Miller, A. P. Yalin，“用于移动监测天然气排放的开路腔环降甲烷传感器”，光学表达第27卷第2期14, p. 20084, 2019。视图:出版商的网站|谷歌学者
32. T. D. Gordon，N.L.L.Wagner，M. S. Richardson等，“设计新型开放式气溶胶消光腔旋转光谱仪”，“气溶胶科学与技术，第49卷，第49期。9，PP。717-726,2015。视图:出版商的网站|谷歌学者

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