光腔衰荡光谱技术是一种基于光腔中循环光的吸收率的高灵敏度的吸收光谱检测技术。其核心部件为光学谐振腔，由两片具有超高反射率（≥99.99%）的腔镜构成。当特定波长的激光进入光腔后，会在腔镜间反复反射，形成超长光程，极大地增强了光与腔内气体分子的相互作用。
具体工作过程如下：首先，激光光源发射出的激光进入光腔，当激光频率与光腔的谐振频率匹配时，腔内光强会迅速增强。随后，激光被快速切断，此时腔内光强开始呈指数衰减。通过探测器测量光强衰减为初始强度的1/e 所需的时间，即衰荡时间，来推算腔内气体的吸收情况。根据比尔 - 朗伯定律，衰荡时间与腔内气体的吸收系数相关，进而可得出气体浓度。与其他直接吸收光谱法不同，CRDS 技术测量的是光在衰荡腔中的衰荡时间，该时间仅与衰荡腔反射镜的反射率和衰荡腔内介质的吸收有关，而与入射光强的大小无关。
气相色谱技术是一种经典的分离分析技术，通过将混合气体在流动相（载气）和固定相之间进行多次分配，实现各组分的分离，然后再进行检测。虽然气相色谱在复杂样品的分离方面表现出色，但在温室气体检测中存在一些局限性。例如，气相色谱的分析周期较长，难以满足对温室气体实时监测的需求。此外，其检测精度在低浓度范围内相对有限，对于ppb 级别的温室气体浓度检测，往往需要复杂的前处理和高灵敏度的检测器，增加了设备成本和操作难度。
傅里叶变换红外光谱技术利用物质对红外光的吸收特性来进行分析。它通过测量干涉图并进行傅里叶变换，得到样品的红外吸收光谱，从而确定物质的成分和含量。FTIR 技术具有分析速度较快、可同时检测多种气体等优点，但在检测精度上，尤其是对于低浓度温室气体的检测，与 CRDS 技术存在差距。传统傅里叶红外光谱仪的精度通常在 ppm 级别，难以满足对温室气体 ppb 级精度检测的要求。而且，FTIR 技术易受环境因素如温度、湿度变化的影响，导致测量结果的稳定性和准确性下降。
CRDS 技术凭借其超长的等效光程（可达数公里甚至更高），极大地增强了光与气体分子的相互作用，使得即使是痕量的温室气体也能产生可检测的吸收信号。这使得 CRDS 技术能够实现 ppb 级甚至更低浓度的高精度检测，可精准捕捉大气 / 过程气体中 CO₂、CH₄、H₂O 等关键温室气体的极低浓度变化，为气候变化研究和碳排放监测提供了极为可靠的数据支撑。例如，在一些高精度的大气监测实验中，CRDS 技术能够清晰地分辨出大气中温室气体浓度的微小波动，为深入了解温室气体的源汇机制提供了有力的数据基础。
由于 CRDS 技术直接测量光的衰荡时间，无需复杂的分离过程或信号处理步骤，因此具有极快的响应速度。在实际应用中，能够实时、快速地反映温室气体浓度的变化，适用于对动态变化过程的监测，如工业废气排放过程中的实时监测、大气边界层中温室气体浓度的快速变化监测等。相比之下，气相色谱等传统技术由于需要进行样品分离等操作，分析周期较长，无法及时捕捉到温室气体浓度的瞬间变化。
由于 CRDS 技术的测量结果不受入射光强波动的影响，仅取决于衰荡时间，因此在复杂环境中具有很强的抗干扰能力。无论是在高温、高湿等恶劣环境条件下，还是在存在其他干扰气体的情况下，CRDS 技术都能稳定地工作，确保测量结果的准确性和可靠性。例如，在工业厂区等复杂环境中，存在大量的干扰气体和环境因素的波动，传统的检测技术可能会受到严重影响，而 CRDS 技术则能够有效排除干扰，准确测量温室气体的浓度。
光腔衰荡光谱（CRDS）技术以核心原理，在与传统检测技术的对比中，展现出在 ppb 级精度、响应速度和抗干扰性等方面的显著优势。随着技术的不断发展和完善，CRDS 技术有望在温室气体监测领域发挥更为重要的作用，为全球气候变化研究和碳减排行动提供强有力的技术支持，助力人类更好地应对气候变化挑战。
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