一种腔衰荡光电系统及其入射光路调节方法与流程

1.本技术属于腔衰荡(cavity ring down，crd)技术领域，尤其涉及一种腔衰荡光电系统及其入射光路调节方法。


背景技术：

2.腔衰荡技术主要应用于反射镜的高反射率检测、痕量气体检测等领域。有别于其它检测技术，腔衰荡技术是通过检测光波在光学谐振腔内的衰荡时间，来推算出光学谐振腔的光学损耗，进而推算出反射镜的反射率或气体的吸收率。
3.现有的腔衰荡光电系统在横模匹配和光探测器接收方面存在缺陷，谐振腔存在高阶横模，光探测器在接收了基横模的同时还接收了高阶横模，会对光衰荡信号产生干扰，降低系统的灵敏度。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供了一种腔衰荡光电系统及其入射光路调节方法，以解决现有的腔衰荡光电系统在横模匹配和光探测器接收方面存在缺陷，谐振腔存在高阶横模，光探测器在接收了基横模的同时还接收了高阶横模，会对光衰荡信号产生干扰，降低系统的灵敏度的问题。
5.本技术实施例的第一方面提供一种腔衰荡光电系统，包括：
6.激光器，用于输出探测光束；
7.光学谐振腔，所述探测光束经所述光学谐振腔来回反射后衰减为出射光束；
8.第一光探测器，用于接收所述出射光束并转换为第一电信号；
9.与所述激光器和所述第一光探测器连接的光电控制模块，用于调节所述激光器的工作参数，使所述探测光束的波长与所述光学谐振腔的纵模相匹配，根据所述第一电信号获取所述出射光束的光强度，在所述出射光束的光强度大于预设阈值时，调节所述激光器的工作参数，使所述探测光束的波长与所述光学谐振腔的纵模不匹配，以关断所述探测光束；
10.与所述第一光探测器连接的数据处理模块，用于根据所述第一电信号获取所述探测光束在所述光学谐振腔内的衰荡时间；
11.其中，所述光学谐振腔为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔；
12.或者，所述腔衰荡光电系统还包括与所述第一光探测器连接的输出光纤，所述输出光纤为基模与所述出射光束的基横模相匹配的单模光纤，所述出射光束经所述输出光纤滤除高阶横模后传输至所述第一光探测器。
13.本技术实施例的第二方面提供一种腔衰荡光电系统，包括：
14.激光器，用于输出探测光束；
15.光开关；
16.光学谐振腔，所述探测光束经所述光学谐振腔来回反射后衰减为出射光束；
17.第一光探测器，用于接收所述出射光束并转换为第一电信号；
18.压电陶瓷致动器，设置于所述光学谐振腔的外腔壁；
19.与所述光开关、所述压电陶瓷致动器和所述第一光探测器连接的光电控制模块，用于控制所述压电陶瓷致动器调节所述光学谐振腔的腔长，使所述探测光束的波长与所述光学谐振腔的纵模相匹配，根据所述第一电信号获取所述出射光束的光强度，在所述出射光束的光强度大于预设阈值时，控制所述光开关改变所述探测光束的传输方向或降低所述探测光束的光强度，以关断所述探测光束；
20.与所述第一光探测器连接的数据处理模块，用于根据所述第一电信号获取所述探测光束在所述光学谐振腔内的衰荡时间；
21.其中，所述光学谐振腔为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔；
22.或者，所述腔衰荡光电系统还包括与所述第一光探测器连接的输出光纤，所述输出光纤为基模与所述出射光束的基横模相匹配的单模光纤，所述出射光束经所述输出光纤滤除高阶横模后传输至所述第一光探测器。
23.本技术实施了的第三方面提供一种入射光路调节方法，基于本技术实施例的第一方面或第二方面提供的腔衰荡光电系统实现，所述方法包括：
24.在调节所述探测光束的束腰位置和入射角度的过程中，通过环形器将所述探测光束传输至所述光学谐振腔，所述环形器与所述激光器连接；
25.通过第二光探测器将所述平面反射镜反射的反射光束转换为第二电信号，所述第二光探测器与所述环形器和所述光电控制模块连接；
26.通过所述光电控制模块根据所述第二电信号获取所述反射光束的光强度，以监控所述探测光束与所述光学谐振腔的基横模的耦合程度，直到所述耦合程度大于耦合程度阈值时为止，所述反射光束的光强度与所述耦合程度正相关。
27.本技术实施例的第一方面提供的腔衰荡光电系统，通过激光器输出探测光束，光学谐振腔来回反射探测光束后衰减为出射光束，第一光探测器接收出射光束并转换为第一电信号，光电控制模块调节激光器的工作参数，使探测光束的波长与光学谐振腔的纵模相匹配，根据第一电信号获取出射光束的光强度，在出射光束的光强度大于预设阈值时，调节激光器的工作参数，使探测光束的波长与光学谐振腔的纵模不匹配，以关断探测光束，数据处理模块根据第一电信号获取探测光束在光学谐振腔内的衰荡时间；其中，光学谐振腔为基横模束腰位于平面反射镜的平凹腔；或者，腔衰荡光电系统还包括基模与出射光束的基横模相匹配的单模输出光纤，能够有效抑制高阶横模，以提高系统灵敏度。
28.本技术实施例的第二方面提供的腔衰荡光电系统，通过激光器输出探测光束，光学谐振腔来回反射探测光束后衰减为出射光束，第一光探测器接收出射光束并转换为第一电信号，光电控制模块控制压电陶瓷致动器调节光学谐振腔的腔长，使探测光束的波长与光学谐振腔的纵模相匹配，根据第一电信号获取出射光束的光强度，在出射光束的光强度大于预设阈值时，控制光开关改变探测光束的传输方向或降低探测光束的光强度，以关断探测光束，数据处理模块根据第一电信号获取探测光束在光学谐振腔内的衰荡时间；其中，光学谐振腔为基横模束腰位于平面反射镜的平凹腔；或者，腔衰荡光电系统还包括基模与出射光束的基横模相匹配的单模输出光纤，能够有效抑制高阶横模，以提高系统灵敏度。
29.本技术实施例的第三方面提供的入射光路调节方法，在调节探测光束的束腰位置
和入射角度的过程中，通过环形器将探测光束传输至光学谐振腔，环形器与激光器连接；通过第二光探测器将平面反射镜反射的反射光束转换为第二电信号，第二光探测器与环形器和光电控制模块连接；通过光电控制模块根据第二电信号获取反射光束的光强度，以监控探测光束与光学谐振腔的基横模的耦合程度，直到耦合程度大于耦合程度阈值时为止，反射光束的光强度与耦合程度正相关，能够实现探测光束与光学谐振腔的基横模的高效耦合。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第一种结构示意图；
32.图2是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第二种结构示意图；
33.图3是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第三种结构示意图；
34.图4是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第四种结构示意图；
35.图5是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第五种结构示意图；
36.图6是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第六种结构示意图；
37.图7是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第七种结构示意图；
38.图8是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第八种结构示意图；
39.图9是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第九种结构示意图；
40.图10是本技术实施例提供的腔衰荡光电系统的第十种结构示意图。
具体实施方式
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
42.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
43.如图1、图2或图3所示，本技术实施例提供的第一种腔衰荡光电系统100，包括：
44.激光器1，用于输出探测光束；
45.光学谐振腔2，探测光束经光学谐振腔2来回反射后衰减为出射光束；
46.第一光探测器3，用于接收出射光束并转换为第一电信号；
47.与激光器1和第一光探测器3连接的光电控制模块4，用于调节激光器1的工作参数，使探测光束的波长与光学谐振腔2的纵模相匹配，根据第一电信号获取出射光束的光强
度，在出射光束的光强度大于预设阈值时，调节激光器1的工作参数，使探测光束的波长与光学谐振腔2的纵模不匹配，以关断探测光束；
48.与第一光探测器3连接的数据处理模块5，用于根据第一电信号获取探测光束在光学谐振腔2内的衰荡时间。
49.图1中示例性的示出光学谐振腔2为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔；
50.图2中示例性的示出光学谐振腔2为由两个凹面反射镜构成的共焦腔，共焦腔的基横模束腰位于两个凹面反射镜之间；腔衰荡光电系统100还包括与第一光探测器3连接的输出光纤6，输出光纤6为基模与出射光束的基横模相匹配的单模光纤，出射光束经输出光纤滤除高阶横模后传输至第一光探测器3；
51.图3中示例性的示出光学谐振腔2为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔，平凹腔的基横模束腰位于平面反射镜；腔衰荡光电系统100还包括与第一光探测器3连接的输出光纤6，输出光纤6为基模与出射光束的基横模相匹配的单模光纤，出射光束经输出光纤滤除高阶横模后传输至第一光探测器3。
52.在应用中，光学谐振腔可以为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔，或者，腔衰荡光电系统还可以包括与第一光探测器连接的输出光纤，输出光纤为基模与出射光束的基横模相匹配的单模光纤，出射光束经输出光纤滤除高阶横模后传输至第一光探测器。光学谐振腔为平凹腔和腔衰荡光电系统还包括输出光纤这两种情况可以同时存在。
53.在应用中，光学谐振腔可以是开放式腔体或密闭腔体。当光学谐振腔是开放式腔体时，可以用于检测其所在的任意空间中的气体(例如，大气)的吸收率；当光学谐振腔是密闭腔体时，可以用于检测充入密闭腔体中的任意气体(例如，痕量气体)的吸收率，需要使光学谐振腔中的气体的吸收峰波长在探测光束的中心波长范围内；不论光学谐振腔是否密闭，都可以用于检测其内侧壁的反射率(也即用于构成光学谐振腔的平面反射镜或凹面反射镜的反射率)，需要使光学谐振腔中的气体的吸收峰波长不在探测光束的中心波长范围内；当光学谐振腔密闭且为真空时，由于没有气体干扰，可以用于准确的检测其内侧壁的反射率。
54.在一个实施例中，当光学谐振腔为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔时，平面反射镜到凹面反射镜的距离为凹面反射镜曲率半径的1/2，平凹腔的基横模束腰位于平面反射镜。
55.在应用中，根据光学谐振腔的结构的不同，腔衰荡光电系统具有图1至图3所示的三种结构，其效果如下：
56.在图1所示的第一种结构中，光学谐振腔为平凹腔且不包括由单模光纤构成的输出光纤，通过采用基横模束腰位于平面反射镜的平凹腔，利于出射光束与平凹腔的基横模相匹配，减少高阶横模的激发；
57.在图2所示的第二种结构中，光学谐振腔为双凹腔且包括由单模光纤构成的输出光纤，通过采用基模与出射光束的基横模相匹配的单模光纤，可以有效滤除出射光束中的高阶横模，以使最终被第一光探测器接收的出射光束中的高阶横模趋近于0；
58.在图3所示的第三种结构中，光学谐振腔为平凹腔且包括由单模光纤构成的输出光纤，通过同时采用基横模束腰位于平面反射镜的平凹腔以及基模与出射光束的基横模相匹配的单模光纤，可以实现减少高阶横模的激发和滤除出射光束中的高阶横模这两种效果
的叠加，以使最终被第一光探测器接收的出射光束中的高阶横模趋近于0。
59.在应用中，激光器的调制类型可以是电流调制型或电压调制型。激光器可以是任意类型的可调谐激光器，例如，法布里
‑
珀罗(fabry
‑
perot)激光器、分布反馈式(distributed feedback)半导体激光器、分布布喇格反射(distributed bragg reflector)激光器、垂直腔表面发射(vertical
‑
cavity surface
‑
emitting)激光器和外腔调谐半导体激光器等可调谐半导体激光器。激光器的工作参数可以是工作温度、偏置电流或偏置电压。可以通过改变激光器的激光芯片的工作温度、偏置电流或偏置电压，来调节激光器输出的探测光束的波长。
60.在应用中，第一光探测器可以是光电二极管、光电倍增管等光电转换器件。
61.在应用中，光电控制模块和数据处理模块可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。
62.在应用中，光电控制模块和数据处理模块的工作原理为：
63.光电控制模块调节激光器的工作参数，以改变探测光束的波长，使探测光束的波长与光学谐振腔的纵模相匹配，可以被第一光探测器接收；
64.光电控制模块根据第一电信号获取出射光束的光强度，在出射光束的光强度大于预设阈值时，表明出射光束的波长与光学谐振腔的纵模相匹配的程度较高，此时调节激光器的工作参数，以改变探测光束的波长，使探测光束的波长与光学谐振腔的纵模不匹配，无法被第一光探测器接收，从而实现间接关断探测光束，同时触发第一光探测器快速采样；
65.数据处理模块可以根据第一光探测器快速采样得到的第一电信号，获取探测光束在光学谐振腔内的衰荡时间。
66.如图4所示，本技术的一个实施例还提供一种当光学谐振腔2为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔时，在腔衰荡光电系统100的基础上实现的用于执行入射光路调节方法的结构，该结构在腔衰荡光电系统100的基础上还包括与激光器1连接的环形器7以及与环形器7和光电控制模块4连接的第二光探测器8，入射光路调节方法包括：
67.在调节探测光束的束腰位置和入射角度的过程中，通过环形器7将探测光束传输至光学谐振腔2；
68.通过第二光探测器8将平面反射镜反射的反射光束转换为第二电信号；
69.通过光电控制模块4根据第二电信号获取反射光束的光强度，以监控探测光束与光学谐振腔2的基横模的耦合程度，直到耦合程度大于耦合程度阈值时为止，反射光束的光强度与耦合程度正相关。
70.图4示例性的示出在图3所示的腔衰荡光电系统100的基础上实现的用于执行入射光路调节方法的结构。
71.在应用中，在调节探测光束的束腰位置和入射角度的过程中，通过设置一个环形器可以将平面反射镜所反射的探测光束(也即反射光束)反向传输至第二光探测器，通过第二光探测器接收反射光束并转换为第二电信号，从而使得光电控制模块可以根据第二电信
号获取反射光束的光强度，进而根据反射光束的光强度监控探测光束与光学谐振腔的基横模的耦合程度，在耦合程度未达到耦合程度阈值的情况下反复调节探测光束的束腰位置和入射角度，直到耦合程度大于耦合程度阈值时为止，最终实现探测光束与光学谐振腔的基横模的高效耦合。理论上，耦合程度越高，反射光束就越多、光强度越高，探测光束的基横模束腰位于平面反射镜上并与平面反射镜法线平行时，通过光环形器反射回第二光探测器的光束的光强度最强。耦合程度阈值应当根据实际情况设置为与光电控制模块获取的反射光束的最强光强度对应的值。
72.在应用中，第二光探测器可以是光电二极管、光电倍增管等光电转换器件，也即可以与第一光探测器的实现方式相同。
73.在一个实施例中，基于图1至图3任一附图所对应的实施例，腔衰荡光电系统还包括：
74.入射光整形单元，设置于激光器和光学谐振腔之间的光路，探测光束经入射光整形单元进行空间光调制后传输至光学谐振腔；
75.或者，出射光整形单元，设置于光学谐振腔与第一光探测器之间的光路，出射光束经出射光整形单元进行空间光调制后传输至第一光探测器或输出光纤。
76.在应用中，腔衰荡光电系统可以包括入射光整形单元，以使得探测光束可以更好的耦合至光学谐振腔；也可以包括出射光整形单元，以使得出射光束可以更好的耦合至第一光探测器或输出光纤。
77.如图5所示，在一个实施例中，入射光整形单元包括：
78.与激光器1连接的光隔离器9，用于隔离传播方向与探测光束相反的反向光束；
79.与光隔离器9连接的输入光纤10；
80.准直透镜11，探测光束依次经光隔离器9、输入光纤10和准直透镜11传输至光学谐振腔2；
81.出射光整形单元包括第一聚焦透镜12，出射光束经第一聚焦透镜12聚焦后传输至第一光探测器3。
82.图5在图3的基础上示例性的示出光隔离器9、输入光纤10和准直透镜11设置于激光器1和光学谐振腔2之间，第一聚焦透镜12设置于光学谐振腔2和输出光纤6之间。
83.如图6、图7或图8所示，本技术实施例提供的第二种腔衰荡光电系统200，包括：
84.激光器1，用于输出探测光束；
85.光开关13；
86.光学谐振腔2，探测光束经光学谐振腔2来回反射后衰减为出射光束；
87.第一光探测器3，用于接收出射光束并转换为第一电信号；
88.压电陶瓷致动器14，设置于光学谐振腔的外腔壁；
89.与光开关13、压电陶瓷致动器14和第一光探测器3连接的光电控制模块4，用于控制压电陶瓷致动器14调节光学谐振腔的腔长，使探测光束的波长与光学谐振腔的纵模相匹配，根据第一电信号获取出射光束的光强度，在出射光束的光强度大于预设阈值时，控制光开关13改变探测光束的传输方向或降低探测光束的光强度，以关断探测光束；
90.与第一光探测器3连接的数据处理模块5，用于根据第一电信号获取探测光束在光学谐振腔2内的衰荡时间。
91.图6中示例性的示出光学谐振腔2为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔；
92.图7中示例性的示出光学谐振腔2为由两个凹面反射镜构成的共焦腔，共焦腔的基横模束腰位于两个凹面反射镜之间；腔衰荡光电系统100还包括与第一光探测器3连接的输出光纤6，输出光纤6为基模与出射光束的基横模相匹配的单模光纤，出射光束经输出光纤滤除高阶横模后传输至第一光探测器3；
93.图8中示例性的示出光学谐振腔2为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔，平凹腔的基横模束腰位于平面反射镜；腔衰荡光电系统100还包括与第一光探测器3连接的输出光纤6，输出光纤6为基模与出射光束的基横模相匹配的单模光纤，出射光束经输出光纤滤除高阶横模后传输至第一光探测器3。
94.在应用中，光开关可以是声光开关(aom)或电光开关(eom)。
95.在应用中，压电陶瓷致动器可以设置于光学谐振腔在光路方向上的任一外腔壁，也即反射镜或凹面反射镜的外壁。压电陶瓷致动器可以在光电控制模块的控制下运动，从而带动光学谐振腔在光路方向上的任一腔壁运动，以实现对光学谐振腔的腔长的调节，进而通过调节腔长，来改变探测光束的波长与光学谐振腔的纵模之间的匹配程度。
96.在一个实施例中，当光学谐振腔为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔时，平面反射镜到凹面反射镜的距离为凹面反射镜曲率半径的1/2，平凹腔的基横模束腰位于平面反射镜。
97.在应用中，光电控制模块和数据处理模块的工作原理为：
98.光电控制模块根据第一电信号分析出射光束的波长和光强度，根据出射光束的波长控制压电陶瓷致动器调节光学谐振腔的腔长，以改变探测光束的波长，使探测光束的波长与光学谐振腔的纵模相匹配，可以被第一光探测器接收；
99.在出射光束的光强度大于预设阈值时，表明出射光束的波长与光学谐振腔的纵模相匹配的程度较高，此时控制声光调制器改变探测光束的传输方向，使探测光束无法传输至光学谐振腔，或者，控制电光调制器改变探测光束的光强度，使其光强度降低，无法被第一光探测器接收，从而实现直接关断探测光束，同时触发第一光探测器快速采样；
100.数据处理模块可以根据第一光探测器快速采样得到的第一电信号，获取探测光束在光学谐振腔内的衰荡时间。
101.如图9所示，本技术的一个实施例还提供一种当光学谐振腔2为由平面反射镜和凹面反射镜构成的平凹腔时，在腔衰荡光电系统200的基础上实现的用于执行入射光路调节方法的结构，该结构在腔衰荡光电系统100的基础上还包括与激光器1连接的环形器7以及与环形器7和光电控制模块4连接的第二光探测器8，入射光路调节方法参见与图4对应的实施例，此处不再赘述。
102.图9示例性的示出在图8所示的腔衰荡光电系统200的基础上实现的用于执行入射光路调节方法的结构。
103.在一个实施例中，基于图6至图9任一附图所对应的实施例，腔衰荡光电系统还包括：
104.入射光整形单元，设置于光开关和光学谐振腔之间的光路，探测光束经光开关到入射光整形单元进行空间光调制后传输至光学谐振腔；
105.或者，出射光整形单元，设置于光学谐振腔与第一光探测器之间的光路，出射光束
经出射光整形单元进行空间光调制后传输至第一光探测器。
106.如图10所示，在一个实施例中，入射光整形单元包括：
107.与激光器1连接的光隔离器9，用于隔离传播方向与探测光束相反的反向光束；
108.与光开关13连接的输入光纤10；
109.准直透镜11，探测光束依次经光隔离器9、光开关13、输入光纤10和准直透镜11传输至光学谐振腔2；
110.出射光整形单元包括第一聚焦透镜12，出射光束经第一聚焦透镜12聚焦后传输至第一光探测器3。
111.图10在图8的基础上示例性的示出光隔离器9、输入光纤10和准直透镜11设置于激光器1和光学谐振腔2之间，第一聚焦透镜12设置于光学谐振腔2和输出光纤6之间。
112.在应用中，图6至图10中未详述的部件的实现方式、工作原理及效果参见图1至图5所对应的实施例，此处不再赘述。
113.在应用中，腔衰荡光电系统可包括但不仅限于上述部件。本领域技术人员可以理解，图示仅仅是腔衰荡光电系统的举例，并不构成对腔衰荡光电系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括储存器、输入输出设备、网络接入设备等。
114.在应用中，存储器在一些实施例中可以是腔衰荡光电系统的内部存储单元，例如，腔衰荡光电系统的硬盘或内存，具体可是光电控制模块或数据处理模块的内存。存储器在另一些实施例中也可以是腔衰荡光电系统的外部存储设备，例如，腔衰荡光电系统上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器还可以既包括腔衰荡光电系统的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(bootloader)、数据以及其他程序等，例如计算机程序的程序代码等。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。光电控制模块和数据处理模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在。另外，光电控制模块和数据处理模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。
115.本技术实施例还提供一种上述腔衰荡光电系统的应用方法，包括如下步骤：
116.根据在光学谐振腔中无气体时获取的衰荡时间，获取光学谐振腔的内侧壁的反射率；
117.或者，根据在光学谐振腔中无气体时获取的衰荡时间和在光学谐振腔中有气体时获取的衰荡时间，获取气体的吸收率。
118.在一个实施例中，出射光束的光强度与衰荡时间之间的关系式如下：
119.i＝i0exp(
‑
t/τ)
ꢀꢀ
(关系式一)
120.其中，i为停止将出射光束转换为第一电信号的时刻获取的出射光束的光强度，i0为出射光束的初始光强度，t为从关断探测光束的时刻开始至停止将出射光束转换为第一电信号时刻之间的测量时间，τ为衰荡时间。
121.在应用中，出射光束的初始光强度即为出射光束的光强度大于预设阈值时，根据第一电信号获取的出射光束的光强度。
122.在一个实施例中，衰荡时间与光学谐振腔的参数之间的关系式如下：
123.τ＝2l/c[
‑
ln(r
1 r2) 2δ 2β]
ꢀꢀ
(关系式二)
[0124]
其中，l为光学谐振腔的腔长，c为光速，r1和r2为光学谐振腔的两个内侧壁的反射率，δ为探测光束在光学谐振腔内的光程等于单倍腔长时、光学谐振腔对探测光束造成的光学损耗(例如，衍射损耗)，β为探测光束在光学谐振腔内的光程等于单倍腔长时、光学谐振腔内的气体对探测光束的吸收率。
[0125]
在应用中，光学谐振腔的两个内侧壁的反射率可以看作是相等，也即r1＝r2＝r，因此，关系式二可以简化为如下关系式：
[0126]
τ＝l/c(1
‑
r δ β]
ꢀꢀ
(关系式三)。
[0127]
基于关系式三，在光学谐振腔中无气体时，关系式三可以简化为如下关系式：
[0128]
τ1＝l/c(1
‑
r δ]
ꢀꢀ
(关系式四)
[0129]
其中，τ1为光学谐振腔中无气体时，根据关系式一获取的衰荡时间。
[0130]
基于关系式四，在光学谐振腔中无气体且忽略光学谐振腔对探测光束造成的光学损耗的情况下，光学谐振腔的内侧壁的反射率与衰荡时间之间的关系式如下：
[0131]
r＝l/(cτ1)
ꢀꢀ
(关系式五)。
[0132]
基于关系式四，在忽略光学谐振腔对探测光束造成的光学损耗的情况下，探测光束在光学谐振腔内的光程等于单倍腔长时，光学谐振腔内的气体对探测光束的吸收率与衰荡时间之间的关系式如下：
[0133]
β＝l/[c(1/τ2‑
1/τ1)]
ꢀꢀ
(关系式六)
[0134]
其中，τ2为光学谐振腔中有气体时，根据关系式一获取的衰荡时间。
[0135]
本技术实施例提供的基于上述腔衰荡光电系统的应用方法，能够根据在光学谐振腔中无气体时获取的衰荡时间，实现对光学谐振腔的内侧壁的反射率的快速和精确测量；还能够根据在光学谐振腔中无气体时获取的衰荡时间和在光学谐振腔中有气体时获取的衰荡时间，实现对气体的吸收率的快速和精确测量。
[0136]
需要说明的是，上述步骤的执行过程，由于与本技术的腔衰荡光电系统实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见腔衰荡光电系统实施例部分，此处不再赘述。
[0137]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被数据处理模块执行时可实现上述应用方法实施例中的步骤。
[0138]
本技术实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在腔衰荡光电系统上运行时，使得腔衰荡光电系统可实现上述应用方法实施例中的步骤。
[0139]
在应用中，计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到数据处理模块的任何实体或系统、记录介质、计算机存储器、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如u盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。
[0140]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0141]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的器件、单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技
术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0142]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0143]
以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。