调谐谐振腔的方法和光腔衰荡光谱系统与流程

调谐谐振腔的方法和光腔衰荡光谱系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年4月3日提交的美国临时申请第62/828,750号的优先权，其内容全部引入本文中作为参考。
技术领域
3.本说明书大致涉及谐振腔，尤其涉及用于调谐谐振腔的方法和光腔衰荡光谱系统。


背景技术：

4.光腔衰荡光谱(“crds”，cavity ring-down spectroscopy)是通常用于通过气态样品的吸收光谱分析气态样品的方法。典型的crds系统采用产生光束的激光器，所述光束被引导到具有两个高反射镜的室的腔中。光束通常在可见光谱或近红外(“ir”)光谱内，并且被调谐到单个波长。然后，光束在反射镜之间被重复地反射，这允许一部分光逸出衰荡腔。
5.为了“填充”衰荡腔，腔的长度必须与激光波长一致。这通常通过调节两个反射镜之一的位置来实现。当激光器与腔模式谐振时，由于相长干涉而在腔中产生强度。当进入腔的光被消除时，在衰荡腔中的光的强度在衰荡腔为空时以预定速率衰减。一小部分光不被反射镜反射而从衰荡腔中逃逸。由传感器部件测量逃逸光的强度以确定衰减速率。
6.当气态样品放置在衰荡腔中时，气态样品中存在的分析物吸收一些光，从而加速衰荡腔中光强度的衰减。通过相对于在特定波长下在气态样品不存在情况下的光的衰减时间测量在特定波长下在气态样品存在情况下的光的衰减时间生成吸收光谱。气态样品中单个分析物的鉴定和定量可以通过多种方法实现，例如，用各种分析物的已知吸收光谱对气态样品的测量吸收光谱进行线性回归。
7.为了通过相长干涉“填充”衰荡腔，衰荡腔的长度必须与激光波长调谐。这是通过相对于另一个反射镜移动一个反射镜来调节腔长度而实现的。反射镜通常由压电驱动器驱动的一个或多个压电(在此称为“压电(piezo)”)致动器移动，以调节衰荡腔的长度。然而，压电驱动器产生离散的输出电压，导致反射镜可以定位的离散位置，从而在反射镜之间提供离散的腔长度。如果离散的位置和离散的腔长度都不导致特定波长的激光的相长干涉，可能难以填充衰荡腔以执行衰荡事件。更复杂/昂贵的压电驱动器可以具有更精细的分辨率，但是它们的成本可能过高。


技术实现要素：

8.在一个方面，提供了一种调谐谐振腔的方法，包括：致动谐振腔的第一端处的第一反射镜以在相对于所述谐振腔的第二端处的第二反射镜的第一位置和相对于所述第二反射镜的第二位置之间的方向上移动，在所述第一位置处，所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的腔长度小于激光束的谐振长度，在所述第二位置处，所述腔长度大于所述谐振长
度；当所述腔长度接近所述谐振长度时触发事件；以及在所述事件期间，继续在所述第一位置与所述第二位置之间的所述方向上致动所述第一反射镜。
9.所述事件可以是第一事件，所述方向可以是第一方向，并且所述方法在所述继续之后还可以包括：致动所述第一反射镜以在与所述第一方向相反的第二方向上并且朝向所述第一位置移动；当所述腔长度接近所述谐振长度时触发第二事件；以及在所述第二事件期间继续在所述第二位置和所述第一位置之间的所述第二方向上致动所述第一反射镜。
10.所述方法还可以包括重复地致动所述第一反射镜以在所述第一方向和所述第二方向上移动；当所述腔长度接近所述谐振长度时触发事件；以及在所述事件期间继续致动所述第一反射镜。
11.所述方法还可以包括将电压波形施加到与所述第一反射镜耦接的至少一个压电致动器以在所述第一位置与所述第二位置之间致动所述第一反射镜。
12.所述波形可以是正弦曲线。
13.所述方法还可以包括将基础电压添加到施加到所述至少一个压电致动器的所述波形电压。
14.所述方法还可以包括控制所述基础电压以经由耦接到所述谐振腔的光检测器定位光强度峰值，所述峰值光强度出现在所述谐振长度处。
15.所述方法还可以包括将施加到致动所述第一反射镜的所述至少一个压电致动器的所述电压波形的振幅选择为小于照射所述谐振腔的激光束的一个波长；以及控制所述基础电压，使得在所述电压波形的每个周期期间检测到两个光强度峰值。
16.所述方法还可以包括控制所述基础电压，使得相邻光强度峰值按所述电压波形的周期的一半间隔开。
17.所述方法还可以包括当检测光强度达到阈值强度时，触发所述事件发生。
18.所述事件可以是衰荡事件。
19.所述光检测器可以耦接到定时电路，所述定时电路可以耦接到光调制器和激光器之一，以便针对所述谐振腔消除来自所述激光器的激光束或使所述激光器失谐。
20.所述方法还可以包括确定阈值强度的预期复发时间；以及在所述阈值强度的预期复发时间触发针对所述谐振腔的所述激光束的所述消除或所述激光束的所述失谐。
21.所述方法还可以包括经由光检测器检测所述谐振腔中的光强度，其中所述触发包括当由所述光检测器检测到的所述谐振腔中的光强度达到阈值强度时触发。
22.所述光检测器可以耦接到定时电路，所述定时电路可以耦接到光调制器和激光器之一，以消除来自所述激光器的激光束或使所述激光器失谐。
23.在另一方面，提供了一种调谐谐振腔的方法，包括在小于激光束的谐振长度的第一腔长度和大于所述激光束的所述谐振长度的第二腔长度之间改变在谐振腔的第一端处的第一反射镜和在所述谐振腔的第二端处的第二反射镜之间的腔长度；当所述腔长度接近所述谐振长度时触发事件；以及在所述事件期间继续朝向所述第二腔长度改变所述腔长度。
24.在另一方面，提供了一种调谐谐振腔的方法，包括：致动谐振腔的第一端处的第一反射镜以在相对于所述谐振腔的第二端处的第二反射镜的第一位置和相对于所述第二反射镜的第二位置之间的方向上移动，在所述第一位置处，所述第一反射镜和所述第二反射
镜之间的腔长度小于激光束的谐振长度，在所述第二位置处，所述腔长度大于所述谐振长度；当所述腔长度接近所述谐振长度时，触发照射所述谐振腔的激光束的消除或针对所述谐振腔的所述激光束的失谐；以及继续在所述第一位置和所述第二位置之间的所述方向上致动所述第一反射镜，同时光检测器记录所述谐振腔中的光强度。
25.所述方向可以是第一方向，并且其中所述方法在所述继续之后还可以包括：触发针对所述谐振腔的所述激光束的照射或所述激光束的重调谐；致动所述第一反射镜以在与所述第一方向相反的第二方向上并且朝向所述第一位置移动；触发针对所述谐振腔的所述激光束的消除或所述激光束的失谐；以及继续在所述第二位置和所述第一位置之间的所述第二方向上致动所述第一反射镜，同时所述光检测器记录所述谐振腔中的光强度。
26.所述方法还可以包括将正弦波形施加到与所述第一反射镜耦接的至少一个压电致动器以在所述第一位置和所述第二位置之间致动所述第一反射镜。
27.所述方法还可以包括将基础电压添加到施加到所述至少一个压电致动器的所述波形电压。
28.所述方法还可以包括控制所述基础电压以经由耦接到所述谐振腔的光检测器定位光强度峰值，所述峰值光强度出现在所述谐振长度处。
29.所述方法还可以包括将施加到致动所述第一反射镜的所述至少一个压电致动器的所述电压波形的振幅选择为小于照射所述谐振腔的激光束的一个波长；以及控制所述基础电压，使得在所述电压波形的每个周期期间检测到两个光强度峰值。
30.所述方法还可以包括控制所述基础电压，使得相邻光强度峰值按所述电压波形的周期的一半间隔开。
31.通过所检测的达到阈值强度的光强度，检测出接近所述谐振长度的所述腔长度。
32.所述光检测器可以耦接到定时电路，所述定时电路可以耦接到光调制器和激光器之一，以便针对所述谐振腔消除来自所述激光器的激光束或使所述激光器失谐。
33.所述方法还可以包括当所述腔长度接近所述谐振长度时，将实现阈值强度的预期复发时间确定为指标(proxy)。
34.在又一方面，提供了一种光腔衰荡光谱系统，包括：谐振腔，所述谐振腔具有在所述谐振腔的第一端处的第一反射镜和在所述谐振腔的第二端处的第二反射镜；光检测器，所述光检测器耦接到所述谐振腔以测量其中的光强度；至少一个压电致动器，所述至少一个压电致动器耦接到所述第一反射镜以致动所述第一反射镜；以及控制模块，所述控制模块耦接到所述至少一个压电致动器以控制所述至少一个压电致动器致动所述第一反射镜以在相对于所述第二反射镜的第一位置与相对于所述第二反射镜的第二位置之间的方向上移动，在所述第一位置处，所述第一反射镜与所述第二反射镜之间的腔长度小于激光束的谐振长度，在所述第二位置处，所述腔长度大于所述谐振长度，当所述腔长度接近所述谐振长度时，触发照射所述谐振腔的所述激光束的消除或针对所述谐振腔的所述激光束的失谐，并继续在所述第一位置和所述第二位置之间的方向上致动所述第一反射镜，同时所述光检测器记录所述谐振腔中的所述光强度。
35.所述方向可以是第一方向，并且所述控制模块可以触发所述谐振腔的所述激光束的照射或所述激光束的重调谐，致动所述第一反射镜以在与所述第一方向相反的第二方向上并且朝向所述第一位置移动，触发针对所述谐振腔的所述激光束的消除或所述激光束的
失谐，以及继续在所述第二位置和所述第一位置之间的所述第二方向上致动所述第一反射镜，同时所述光检测器记录所述谐振腔中的光强度。
36.所述控制模块可以将正弦波形施加到与所述第一反射镜耦接的至少一个压电致动器，以在所述第一位置和所述第二位置之间致动所述第一反射镜。
37.所述控制模块可以将基础电压添加到施加到所述至少一个压电致动器的所述波形电压。
38.所述控制模块可以控制所述基础电压以经由耦接到所述谐振腔的光检测器定位光强度峰值，所述峰值光强度出现在所述谐振长度处。
39.所述控制模块可以将施加到致动所述第一反射镜的至少一个压电致动器的所述电压波形的振幅选择为小于照射所述谐振腔的激光束的一个波长，并且控制所述基础电压，使得在所述电压波形的每个周期期间检测到两个光强度峰值。
40.所述控制模块可以控制所述基础电压，使得相邻的光强度峰值按所述电压波形的周期的一半间隔开。
41.当所检测的光强度达到阈值强度时，所述控制模块可以确定所述腔长度接近所述谐振长度。
42.所述光检测器可以耦接到定时电路，并且所述定时电路可以耦接到光调制器和激光器中的一个，以便针对所述谐振腔消除来自所述激光器的所述激光束或使所述激光器失谐。
43.在阅读了以下附图和说明书之后，其他技术优点对于本领域的普通技术人员来说将变得明显。
附图说明
44.为了更好地理解在此描述的一个或多个实施例并且为了更清楚地示出可以如何实施该一个或多个实施例，现在将仅通过举例的方式参考附图，在附图中：
45.图1是根据一个实施例的光腔衰荡光谱系统的各种光学和气动部件的示意图；
46.图2是图1的光腔衰荡光谱系统的衰荡腔的示意图；
47.图3是用于控制图1和图2所示的光腔衰荡光腔衰荡系统的各种光学和气动部件的电控制系统的示意图；
48.图4a示出了施加到压电驱动器以致动图2的衰荡腔的后腔镜的三角波形，其中穿过单个谐振点；
49.图4b示出了在使用图4a的三角波形将三角波形应用于驱动后腔镜的致动的压电驱动器期间所检测的光强度；
50.图4c示出了施加到压电驱动器以致动图3的衰荡腔的后腔镜的三角波形，其中穿过了两个谐振点；
51.图4d示出了在使用图4c的三角波形将三角波形应用于驱动后腔镜的致动的压电驱动器期间所检测的光强度；
52.图5示出了使用图1的光腔衰荡光谱系统校准和执行光腔衰荡事件的一般方法；
53.图6a示出了施加到压电驱动器以致动图3的衰荡腔的后腔镜的正弦电压，以及对应于腔谐振点的电压电平；
54.图6b示出了在使用图6a的正弦电压致动后腔镜期间检测的光强度；
55.图6c示出了在正弦电压向上移位直到其峰值达到对应于腔谐振点的电压电平之后的图6a的正弦电压；
56.图6d示出了在使用图6c的正弦电压致动后腔镜期间检测的光强度；
57.图6e示出了在将正弦电压向上移位直到对应于腔谐振点的电压电平居中在正弦波形的电压范围内之后的图6a和6c的正弦电压；
58.图6f示出了在使用图6e的正弦电压致动后腔镜期间检测的光强度，其中每半个周期出现峰值强度；以及
59.图7a至7c示出了后腔镜在时刻t1、t2和t3的三个位置以及相应的反射光波。
60.除非另外特别指出，附图中所示的制品不必按比例绘制。
具体实施方式
61.为了说明的简单和清楚，在认为适当的情况下，在附图中可以重复附图标记以指示对应或类似的元件。此外，阐述了许多具体细节以便提供对本文所述的一个或多个实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将了解，可在没有这些特定细节的情况下实践本文所描述的实施例。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程和部件，以免混淆这里描述的实施例。首先应当理解，尽管在附图中示出并在下面描述了示例性实施例，但是无论当前是否已知，都可以使用任何数量的技术来实现本技术的原理。本技术决不应限于在附图中示出并在下面描述的示例性实施方案和技术。
62.除非上下文另外指明，贯穿本说明书使用的各种术语可以如下阅读和理解：通篇使用的“或”是包括性的，如同写作“和/或”；全文中使用的单数冠词和代词包括其复数形式，反之亦然；类似地，依照性别分类的代词包括其对应代词，使得代词不应被理解为将本文描述的任何内容限制为单个性别的使用、实现、表现等；“示例性的”应被理解为“说明性的”或“示范的”，而不一定是比其他实施例“优选的”。术语的进一步定义可在本文中陈述；这些可以应用于这些术语的先前和后续实例，如通过阅读本说明书将理解的那样。
63.在不脱离本技术的范围的情况下，可以对本文描述的系统、装置和方法进行修改、添加或省略。例如，系统和装置的部件可以是集成的或分离的。此外，这里所公开的系统和装置的操作可以由更多、更少或其他部件来执行，并且所描述的方法可以包括更多、更少或其他步骤。另外，步骤可以以任何合适的顺序执行。如本文所用，“每个”是指集合的每个成员或集合的子集的每个成员。
64.本文示例的执行指令的任何模块、单元、部件、服务器、计算机、终端、引擎或设备可以包括或以其他方式访问计算机可读介质，诸如存储介质、计算机存储介质或数据存储设备(可移动和/或不可移动)，诸如磁盘、光盘或磁带。计算机存储介质可包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质的示例包括ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或可用于存储所需信息并可由应用、模块或两者访问的任何其他介质。任何这样的计算机存储介质可以是设备的一部分或可访问或可连接到设备上。此外，除非上下文另外明确指出，否则这里阐述的任何处理器或控制器可以被实现为单个处理器或多
个处理器。多个处理器可以是阵列式的或分布式的，并且在此提及的任何处理功能可以由一个或多个处理器来执行，即使可以例示为单个处理器。本文描述的任何方法、应用或模块可以使用计算机可读/可执行指令来实现，所述计算机可读/可执行指令可以由这样的计算机可读介质存储或以其他方式持有，并且由一个或多个处理器执行。
65.图1中示出了根据特定实施例的crds系统20的各种部件。提供了co2激光器24和碳-13o2激光器28。co2激光器24和碳-13o2激光器28是以一系列准均匀间隔的公知频率发射的气体管激光器，这些频率可以使用可调衍射光栅装置快速选择。气体管激光技术具有很长的历史，并且是以精确已知的频率产生红外辐射的稳定和稳健的方式。co2激光器24和碳-13o2激光器28都发射中ir光谱的光。
66.co2激光器24和碳-13o2激光器28中的每一个都具有致动器和输出耦接器，输出耦接器能够调节激光腔的长度以及调节致动器以改变腔背面的光栅角度，从而改变其间距以调节其反射的波长。通过调节激光腔的长度和改变光栅的角度，可以非常精确地将激光器调谐到特定波长和期望的模式质量。
67.co2激光器24产生第一激光束32，碳-13o2激光器28产生第二激光束36。根据所需的光频率，或者在解谐碳-13o2激光器28的同时调谐co2激光器24并产生第一激光束32，或者在解谐co2激光器24的同时调谐碳-13o2激光器28并产生第二激光束36。以这种方式，至多只有co2激光器24和碳-13o2激光器28中的一个在任何特定时间输出光束，使得第一光束32和第二光束36不同时组合。选择中红外、特别是长波长红外作为光的类型，因为大多数挥发性有机化合物吸收该范围内的光。结果，可以通过单个系统测量多种挥发性有机化合物。co2激光器在该范围内工作，并具有足够的功率和线宽狭窄度用于衰荡光谱。使用两个激光器增加了crds系统20可用于分析气态样品的可用波长的范围和数量。
68.第一激光束32经由光学底座上的反射镜40被重定向到分束器44。分束器44是部分反射和部分透射的，并且将第一激光束32和第二激光束36中的每一个分成两束，采样束48和工作束52，工作束52具有与采样束48相同的特性并且可以具有与采样束48类似的强度。
69.采样束48由快速红外检测器56接收。快速红外检测器56使用示波器测量采样束48的振幅和拍频。拍频可以指示由co2激光器24或碳-13o2激光器28的次优调谐引起的更高阶模式的存在。响应于检测到不期望的拍频，调谐相应的激光器24或28，直到拍频的幅度被最小化或消除，同时使强度最大化。如果拍频的幅度不能降低到可接受的水平以下，则可以将激光器调谐到不同的波长。
70.工作束52继续到达第一光调制器60，然后第一光调制器60将工作束52偏转到光学装置上的反射镜64。反射镜64将光重定向到第二光调制器68，第二光调制器68又将工作束52偏转到聚焦透镜72。光调制器用于控制由激光器产生的光束的强度。在本实施例中，第一和第二光调制器60、68是声光调制器(“aom”)，也称为布拉格盒。aom是一种类型的光调制器，其使用耦接到诸如锗或玻璃的材料的压电换能器。在所述实施例中，材料是锗。当将振荡电信号施加到压电换能器时，压电换能器振动，在材料中产生声波。这些声波使材料膨胀和压缩，从而产生折射率的周期性变化并允许布拉格衍射。以相对于垂直于声波传播轴的平面的一阶布拉格角进入aom的光将以最大效率偏转等于布拉格角两倍的量。消除电信号消除了材料的布拉格衍射特性，并使光不偏转地通过，有效地衰减了沿偏转光路的光。aom的副产品是被偏转的光的频率被偏移。
71.在其他实施例中，光调制器也可以是电光调制器。电光调制器是另一种类型的光调制器，其向材料施加dc或低频电场以扭曲材料分子的位置、定向和/或形状。结果，改变折射率以改变作为所施加的场的函数的出射光束的相位。通过发送光束通过偏振器，相位调制被转换成强度调制。在另一种方法中，相位调制器当被放置在干涉仪的分支中时可以充当强度调制器。
72.此外，虽然crds系统20被描述为具有两个光调制器，但是在其他实施例中，crds系统可以具有更少或更多数量的光调制器。
73.第一和第二光调制器60、68用作衰减器以调节工作束52的强度并在衰荡事件开始时消除光束。衰荡事件包括照射衰荡腔的工作束52的消除或衰荡腔的激光器的失谐，以及来自衰荡腔的光强度数据的收集。因为它们是aom，所以第一和第二光调制器60、68使用声光效应来使用声波(通常在射频下)衍射光。在第一和第二光调制器的每一个中，压电换能器耦接到诸如锗或玻璃的材料，并且振荡电信号用于使压电换能器振荡。振动压电换能器在材料中产生声波，该声波膨胀并压缩材料，从而在折射率中产生周期变化并允许布拉格衍射。以相对于垂直于声波传播轴的平面的布拉格角进入aom的光将以最大效率偏转等于布拉格角两倍的量。消除电信号消除了材料的布拉格衍射特性，并使光不偏转地通过，有效地消除了沿偏转光路的光。因此，声音的强度可用于调制偏转光束中的光的强度。
74.由第一和第二光调制器60、68中的每一个偏转的光的强度可以在约85％之间，表示光调制器60、68的最大偏转效率，并且第一和第二光调制器60、68中的每一个的衰减极限为输入光强度的约0.1％。当施加到锗的声波关闭时，偏转的波束损失先前强度的约30db或99.9％。衰减极限意味着光调制器可以减小多少输入光强度的上限。
75.光调制器是不对称的，因为作为副作用，当在其第一端接收输入光时，它们在第一模式中对光的频率进行多普勒频移，并且当在其第二端接收输入光时，它们在与第一模式相反的第二模式中对光的频率进行多普勒频移，并且衰减功率是相同的。然而，不管光是在第一端还是在第二端进入，光的频率的多普勒频移都在相同的方向上。
76.传统的crds系统使用单个光调制器，因此具有频移的工作束。这些频移通常相对于光的频率是小的，并且可以改变光被腔中的物质吸收的方式，但是在分析期间可以补偿该频移。如果衍射朝向aom的声波源，则频移向下，而如果衍射远离声波源，则频移向上。如所讨论的，效果是最小的。
77.由第二光调制器68偏转的工作束52通过聚焦透镜72聚焦。当激光束以及工作束52从co2激光器24或碳-13o2激光器28传播时，它继续发散。聚焦透镜72将工作束52向下聚焦。
78.之后，光学安装件上的反射镜76将工作束52重定向到衰荡室80。两个反射镜64、76延伸工作束52的路径长度。
79.现在参照图1和2，衰荡室80是细长管，在其中限定了称为衰荡腔84的谐振腔。前腔镜88a和后腔镜88b(在本文中也可称为腔镜88)位于衰荡腔84的纵向端部。腔镜88既对从衰荡腔84外部导向腔镜88的光也对从衰荡腔84内部导向腔镜88的光是高反射性的。结果，工作束52的一部分(约0.1％)被引导到前腔镜88a，穿过前腔镜88a，并进入衰荡腔84，而工作束52的大部分(约99.9％)被反射回反射镜76。
80.腔镜88安装在反射镜安装件92上，反射镜安装件92可致动以调节腔镜88的定位和定向。特别地，朝向衰荡腔84前部的前腔镜88a安装在反射镜安装件92上，反射镜安装件92
可通过三个机械化测微计96a致动。朝向衰荡腔84后部的后腔镜88b安装在反射镜安装件92上，该反射镜安装件92可通过三个压电测微计96b致动，该压电测微计96b可手动调节以用于光学对准，或者通过压电装置致动，该压电装置允许通过压电驱动器进一步调节它们。
81.可以改变每个腔镜88的角度，使得它们充分对准，使得当光束进入衰荡腔84时，光束不偏离。如果其中一个腔镜88是歪斜的，则一些光被反射到衰荡腔84的侧面，损失光的强度，产生高阶模。还可以同时调节测微计96以改变衰荡腔84的长度而不影响角度对准。这允许调谐衰荡腔84，使得衰荡腔84以进入衰荡腔84的光的频率谐振。
82.聚焦透镜72聚焦激光以匹配衰荡腔84的光学模式，使得光束的最小束腰位于与衰荡腔84的最小束腰相同的位置。可以调节聚焦透镜72的位置以匹配激光波长范围的光学模式。
83.液氮冷却检测器100形式的光传感器位于后腔镜88b的后面，以接收通过它逃逸的光。液氮冷却检测器100测量从衰荡腔84逃逸的光的强度。可以使用用于测量逃逸光的强度的其他类型的传感器来代替液氮冷却检测器100。
84.气态样品从用于收集用于测试的气态样品的热脱附管104装载到衰荡腔84中。热脱附管通常由不锈钢制成并包含各种类型的固体吸附剂材料。选择固体吸附剂用于取样特定化合物以甚至在其他化合物存在的情况下捕集和保留相关化合物，并允许收集的化合物容易脱附或提取以用于分析。此外，所选择的固体吸附剂不与相关化合物反应。
85.在特定示例中，气态样品是从患者收集的人类呼吸样品。热脱附管104的接收端108接收从人体收集的用于测试的人类呼吸。结果，相关化合物更集中于热脱附管104的接收端108。
86.气动系统112用于将来自热脱附管104的气态样品加载到衰荡腔84中，并抽空包括衰荡腔84的气动系统112。在加载气态样品期间，气动系统112用已收集的气态样品填充衰荡腔84(即，从热脱附管104脱附气态样品，使气态样品进入衰荡腔84而不引入污染物)，使衰荡腔中的压力和温度达到一个大气压和50摄氏度，并密封衰荡腔84。在所述实施例中，在所述压力和温度下确定与测量吸收光谱进行比较的成组样品的吸收光谱，以确保这些参数之间的一致性，这可以影响结果。然而，在其他实施例中，对于已知和测量的吸收光谱，压力和温度可以固定在其他水平。在气态样品的抽空过程中，气动系统112从衰荡腔84和用于将气态样品从热脱附管104引导到衰荡腔84的各种导管中清洁先前提供的气态样品。
87.气动系统112具有包括氮气源116的入口部分。氮气源116是加压的或可将氮气加压到高于至少一个大气压的非常清洁的氮气供应。在本实施例中，氮气源116在高于环境压力5psi的压力下加压，但是可以改变，只要所述压缩足以将衰荡腔84加压到一个大气压，或用于进行分析的一些其他选定的大气压。在所示实施例中，氮气源116是蒸发出液氮储存器的氮气。氮气源116通过导管120连接到进气阀124a。辅助进气阀124b能够连接其他气体，但不经常使用。进气阀124a和辅助进气阀124b与吸气管线120a连通。压力计128沿着吸气管线120a以及进气管线阀124c定位。过滤器130a沿着吸气管线120a定位在腔入口阀124d的前面，腔入口阀124d将吸气管线120a与衰荡腔84密封隔开。过滤器130a阻止污染物进入衰荡腔84，在衰荡腔84处它们可能沉积在腔镜88上并干扰反射。
88.进气阀124a和辅助进气阀124b与路径控制阀124e连通。路径控制阀124e允许或禁止直接进入脱附管管线120b和样品出口管线120c。
89.脱附管管线120b包括前向阀124f和后向阀124g。热脱附管104位于前向阀124f和后向阀124g之间，热脱附管104的接收端108朝向后向阀124g定位。热脱附管104位于加热器132内。
90.样品出口管线120c包括样品出口阀124h和质量流量控制器136。
91.气动系统112还具有出口部分，所述出口部分包括与衰荡腔84连通的腔出口阀124i。出口管线140与腔出口阀124i连通。压力计144沿出口管线140定位。真空截止阀124j位于压力计144和真空泵148之间。真空吸入阀124k与真空泵148连通并通过泵吸入管线150抽吸空气。过滤器130b位于泵吸入管线150中，以防止可能干扰真空泵148工作的污染物进入。
92.阀124a至124k在本文中也可称为阀124。
93.虽然为了方便起见，示出了腔入口阀124d和腔出口阀124i在某些位置处耦接到衰荡腔室84，但是应当理解，阀124d、124i耦接到衰荡腔室84的位置可以变化。在优选的配置中，腔入口阀124d朝向其邻近前腔镜88a的端部与衰荡腔84连通，并且腔出口阀124i朝向其邻近后腔镜88b的端部与衰荡腔84连通。
94.当要将新的气态样品装载到衰荡腔84中时，包含新的气态样品的热脱附管104耦接到气动系统112，如图1所示。
95.在抽空阶段期间，真空吸入阀124k打开并且真空泵148启动。然后关闭真空吸入阀124k，并且依次打开真空截止阀124j、腔出口阀124i、腔入口阀124d、进气管线阀124c和路径控制阀124e。通过真空泵148从crds系统20中抽空沿着所述路径的管线和衰荡腔84的内容物。压力计144能够确定系统何时被充分抽空，特别是压力计128何时与真空泵148断开。当确定系统已被充分抽空时，这些相同的打开阀124j、124i、124d、124c和124e随后以相反的顺序关闭。此后，在氮气填充阶段期间，阀124a、124c、124d、124i和124j打开以允许来自氮气源116的氮气填充管线120a和140。然后使用另一个抽空阶段吹扫氮气。可以根据需要重复充氮阶段和抽空阶段以清扫管线。crds系统20由此抽空先前测试的气态样品。
96.在新样品的装载期间，热脱附管104被冲洗以从热脱附管104中除去二氧化碳和水，使得装载到衰荡腔84中的二氧化碳和水的量最小化。为了冲洗热脱附管104，打开进气阀124a、进气管线阀124c和后向阀124g以提供通向氮气的路径以向前冲洗热脱附管104。选择热脱附管104以抑制二氧化碳和水与气态样品的收集，但在热脱附管104中通常仍存在一些二氧化碳和水。
97.将500ml氮气通过热脱附管以从原始样品中除去残留在热脱附管104中的二氧化碳和水。然后打开前向阀124f和样品出口阀124h以提供到质量流量控制器136的路径。质量流量控制器136允许氮气和携带的二氧化碳和水以指定的流速释放。在本配置中，所述流速是500ml/min。然后关闭所有的阀124。
98.一旦二氧化碳和水已经从热脱附管104中除去，使用上述相同的方法再次抽空气动系统112以除去刚刚引入气动系统112管线中的氮气。围绕热脱附管104的加热器132然后将热脱附管104加热到所需温度，以热脱附热脱附管104内的新样品。然后打开进气阀124a、路径控制阀124e、前向阀124f、后向阀124g和腔入口阀124d，以便为来自氮气源116的氮气提供直接通路，所述通路通过具有脱附的相关化合物的热脱附管104，并到达衰荡腔84。
99.希望在衰荡腔84内获得一个大气压的压力，因为收集和分析的所有参考数据都处
于所述压力水平，从而确保结果是可重复的。
100.进气阀124a由系统切换打开和关闭，然后系统等待压力计128处的压力读数稳定并达到一个大气压。如果在压力计128稳定时压力读数仍然低于一个大气压，则再次切换进气阀124a以重复所述过程，直到压力读数为一个大气压。当压力计128显示出在衰荡腔84中的压力水平是一个大气压时，阀全部关闭。
101.如果希望在多个温度下脱附，则启动真空泵148，打开腔出口阀124i和真空截止阀124j，以抽空衰荡腔84。然后在重复脱附过程之前关闭腔出口阀124i。
102.由于在后向阀124g和腔入口阀124d之间仍然存在一些气态样品，所以在多次脱附之间通常不进行完全抽空，否则会损失所述气态样品。
103.通过以这种方式将包含气态样品的固定体积的衰荡腔加压到所需的压力水平，与可用于将腔内的压力提高到所需水平的可变体积的衰荡腔相比，化合物可以粘附到其上的衰荡腔内的表面积可以降低。
104.此外，压力计128位于气态样品从热脱附管104到衰荡腔84的路径的上游，从而防止其被样品污染。
105.图3是用于同样示出的crds系统20的各种部件的电子控制子系统200的示意图。所有的管线表示电信号或电子信号，箭头表示单向通信、电压设置等，而不是箭头的线表示双向通信。
106.包括一个或多个处理器的计算机204充当控制图1和图2中所示的各种部件的功能的控制模块。计算机204具有一个或多个处理器205和存储计算机可执行指令的存储器206，当处理器205执行计算机可执行指令时，使处理器205如本文所述控制crds系统20的其他部件。
107.成对的rf驱动器208发送大约40mhz的信号以对co2激光器24和碳-13o2激光器28供电。使用输出耦接器和衍射光栅来调谐激光器24、28中的每一个。光栅致动器212致动(转动)衍射光栅。另一个致动器致动(平移)输出耦接器。每个输出耦接器由1000v输出耦接器压电216驱动。为输出耦接器压电216供电的双通道高压放大器220可在0v和1000v之间调节。高压放大器220设置有来自计算机204中的数据采集(“daq”)卡224的模拟输出信号。daq产生0v和10v之间的输出，并且高压放大器220将该信号乘以100以产生0v到1000v的信号，从而为输出耦接器压电216供电。改变光栅角度的每个光栅致动器212由致动器驱动器228驱动，致动器驱动器228由计算机204通过rs-232给出指令。每个光栅致动器212移动如此多的毫米，这些毫米被转换成激光器24、28的倾斜角。
108.通过rs-232接收来自气动系统112的压力计128、144的数据信号。
109.快速红外检测器56连接到小放大器232和示波器236，示波器236可用于读取用于调谐激光器24、28的拍频信号的振幅和频率。
110.用于热脱附管加热器132的温度控制器240由计算机204通过rs-232控制。管加热器132包括温度传感器和具有缠绕在其上的加热带的铝片。加热带和温度传感器都连接到作为pid(比例积分微分)控制器的温度控制器240。控制器通过rs-232将温度设定和读回主计算机204。
111.继电器板244连接到计算机204并用于打开和关闭所有电磁阀124和真空泵148。
112.三通道压电驱动器248驱动压电致动器252，压电致动器252致动测微计96b以调节
衰荡腔84的长度。每个通道有两个部件：通过rs-232与压电驱动器通信，以及来自daq卡224的模拟输入。在其他实施例中，可以采用两个或多个压电驱动器。
113.每个光调制器60、68由发送大约40mhz信号的rf驱动器256驱动。改变rf驱动器256的频率改变给定光波长的布拉格角，或改变给定或固定布拉格角所调谐到的光波长。如果rf驱动器256被调谐到特定频率并被设置为全功率，则大部分工作束52(约85％)通过。如果调节到80％、70％，则光调制器60、68将衰减。如果rf驱动器256被设置为零，则光调制器60、68完全关闭。rf驱动器的频率通过rs-232通过部件设置。模拟和数字部件可以设置rf驱动器256的幅度和开/关条件。具体地，daq卡224向定时电路260发送信号，定时电路260又生成启用和设置rf驱动器的幅度所需的四个必要信号。定时电路260可在稳态条件或衰荡触发条件下操作，其中定时电路260将四个电压设定为零，且接着在预定时间量之后返回到先前电压电平。
114.存在来自daq卡224的数字输出(“do”)，daq卡224控制定时电路260。
115.现在参考图1和图3，一旦气态样品被装载到衰荡室84中，一个激光器24、28被调谐到特定波长，并且其光被引导通过第一光调制器60，被反射镜64反射，通过第二光调制器68，并被反射镜72反射到衰荡室80。光调制器60、68稍微衰减工作束52以调制其强度。
116.当工作束52到达前腔镜88a时，大约0.1％的一部分穿透前腔镜88a进入衰荡腔84。大约99.9％的大部分工作束最初沿相同的路径反射回工作激光器24或28。
117.最初，衰荡腔84不被照亮。光进入衰荡腔84，并且当衰荡腔84中的大部分光在两个腔镜88之间反射时，衰荡腔84中的光量或功率随着进一步的光经由工作束52从外部引入而开始增加。一部分光通过腔镜88漏出。用光“填充”衰荡腔84要花费一段持续时间，并且当腔长度cl等于调谐激光器的衰荡腔84的相邻谐振长度时，这种情况可能发生。此时，入射光和泄漏之间存在平衡。一旦达到该平衡，经由光调制器60、68消除激光24、28或以其他方式阻止激光24、28进入衰荡腔84。在其他实施例中，可以使激光器失谐，使得它对于所配置的腔长度不谐振。
118.现在参考图2和4a，示出了一种针对所选激光波长定位衰荡腔84的相邻谐振长度的方法。在所说明的方法中，压电驱动器248由计算机204控制以将从0伏开始且逐渐增加到100伏的输出传输到压电致动器252中的每一者，从而导致后腔镜88b在当前所描述的配置中移动约7.5微米，接着逐渐减小回到0伏。在图4a中示出了相应的三角波。在其他实施例中，可以改变电压的范围。当提供给压电致动器252的电压增大或减小时，压电测微计96b在朝向或远离前腔镜88a的方向上移动后腔镜88b，从而改变衰荡腔84的腔长度cl。需要施加到压电致动器252以致动后腔镜88b以使腔长度与相邻谐振长度匹配的电压被示出为并且在下文中可替换地称为相邻谐振长度rl。
119.作为所述三角波的选定振幅和激光的配置波长的结果，其为腔长度cl等于谐振长度rl时的电压的两倍或四倍，如图4a和4c分别所示，这取决于当零电压施加到压电致动器252时的初始腔长度cl与初始电压下的第一谐振长度rl1之间的差。
120.当衰荡腔84处于谐振状态并接近平衡时(即，经由腔镜88泄漏出的光量等于从工作光束52进入的光量)，对入射激光存在相消干涉，使得入射激光中没有或极少被前腔镜88a反射。结果，一旦衰荡腔84处于平衡状态，基本上消除了在衰荡腔的带宽内工作光束52的对准前腔镜88a的部分的反射。
121.如图4a所示，当电压增加时，由液氮冷却检测器100检测到的光的强度在p1处达到峰值，而当电压降低时，由液氮冷却检测器100检测到的光的强度在p2处达到峰值。关键是，发生p1的电压通常高于发生p1的电压。例如，当电压增加时，光强度峰值可能出现在70伏，而当电压降低时，光强度峰值可能出现在63伏。这可能是压电测微计96b的压电致动器252滞后的结果。由液氮冷却检测器100检测的合成光强度如图4b所示。
122.类似地，如图4c所示，当电压增加时，由液氮冷却检测器100检测到的光的强度在p1和p2处达到峰值，而当电压降低时，由液氮冷却检测器100检测到的光的强度在p3和p4处达到峰值。发生p1和p2的电压通常高于发生p3和p4的电压。由液氮冷却检测器100检测的合成光强度如图4d所示。
123.然后开发了调谐衰荡腔84和收集腔衰荡的不同方法，并在图5中以300大致示出。方法300开始于产生传输到压电驱动器248的正弦波形(310)。计算机204通过数字化仪264指示daq 224产生正弦波形并将其传送到压电驱动器248。在所述实施例中，所产生的正弦波形电压是从30000个点产生的模拟波形，但是所述数量可以显著变化。本实施例中的正弦波形具有大约200hz的频率，所述正弦波形电压具有大约2伏的振幅和2伏的偏移，但是在其他实施例中这些可以改变。以每秒500000个采样数字产生的正弦波形用于指示压电驱动器248如何向压电致动器252施加电压。因此，压电驱动器248向压电致动器252施加正弦波形电压。后腔镜88b经由正弦波形电压的致动减少了振动的发生，所述振动可在速度的急剧变化周围发生，例如可在三角波形的波峰和波谷处发生。
124.图6a示出了响应于从daq 224接收正弦波形而由压电驱动器248产生的正弦波形电压sv。可以看出，后腔镜88b通过正弦波形电压sv的移动不会导致通过后腔镜88b的致动来调节腔长度cl，以匹配衰荡腔的相邻谐振长度rl。后腔镜88b的有效恒定运动允许克服压电上的数字设置的低分辨率。即使点是离散的，也有足够的点来提供压电致动器252的平滑运动。实际上，当压电致动器252在点之间被驱动时，它们具有动量，从而实现高得多的有效分辨率。
125.图6b示出了由于使用图6a的正弦波形sv的后腔镜88b的移动而由液氮冷却检测器100检测到的合成光强度。由于腔长度cl不接近谐振长度rl，所以相消干涉不允许光强度在衰荡腔84中积累。
126.再次参考图5，正弦波形电压sv然后被移位，直到相邻谐振长度rl以正弦波形电压sv为中心(320)。计算机204通过rs-232发送的数字信号指示压电驱动器248将基础电压加到正弦波形电压上，并将其增加，直到液氮冷却检测器100检测到激光强度峰值。液氮冷却检测器100将所检测的光强度水平报告给数字化仪264，从而报告给计算机204，由此创建反馈回路。通过将有效地模拟连续曲线的正弦波形电压添加到数字基础电压，在更高的电压下实现了更高的分辨率。
127.图6c示出了已经被加到正弦波形电压sv以产生合计电压av的基础电压bv。合计电压av使后腔镜88b移动通过并再次返回通过前腔镜88a和后腔镜88b之间的腔长度cl等于衰荡腔84的相邻谐振长度rl的位置。
128.图6d示出了当合计电压av施加到如图6c所示的压电驱动器248时，由液氮冷却检测器100检测和报告回的相应光强度。在腔长度cl与谐振长度rl峰值(如峰值p1、p2和p3所示)匹配时的光强度以及这些事件之间的光强度通常被认为是噪声。
129.如图6e所示，计算机204继续通过rs-232增加基础电压bv，直到液氮冷却检测器100检测的光强度峰值以半个周期t/2按时间相等地间隔开。当光强度峰值等距间隔开时，谐振长度rl与合计电压av的最小值和最大值之间一半的腔长度cl相匹配。当调节基础电压bv时，监测对应于相邻谐振长度rl的电压波动。在初始化过程期间，对应于相邻谐振长度rl的电压可能至少部分地由于部件的“预热”而波动。所述电压通常在短时间之后稳定。只有当对应于相邻谐振长度rl的电压被认为已经稳定时，才完成将正弦波形电压sv移位到正弦波形电压sv中对应于相邻谐振长度的电压的中心。
130.图6f示出了由液氮冷却检测器100检测到的对应于施加到如图6e所示的压电驱动器248的合计电压av的光强度。可以看出，峰值p1到p5被相等地间隔开，并被正弦波形电压sv的半个周期(或t/2)隔开，等于数字化仪264的15000个点。
131.图7a至7c分别示出了在图6e中所示的时间t1、t2和t3处的衰荡腔84中的激光的相消或相长干涉。具体地，在图7a中，通过增加施加到压电驱动器264的电压，并因此增加后腔镜88b朝向前腔镜88a的移动，腔长度cl被缩短，但比衰荡腔84的相邻谐振长度rl长。结果，从后腔镜88b反射的光与接近后腔镜88b的光异相，导致相消干涉。当光随后在前腔镜88a和后腔镜88b之间被反射时，相消干涉抵消光的强度。
132.在图7b中，通过增加施加到压电驱动器264的电压，腔长度cl仍然被缩短，并且等于衰荡腔84的谐振长度rl。结果，反射离开后腔镜88b的光与接近后腔镜88b的光同相，导致相长干涉，从而增强了衰荡腔84中的光。在所述位置，后腔镜88b被连续地朝向前腔镜88a致动，并因此有效地通过腔长度等于相邻谐振长度的位置而不停止。
133.在图7c中，通过增加施加到压电驱动器264的电压，腔长度cl仍然被缩短，但是比衰荡腔84的相邻谐振长度rl短。这里，后腔镜88b向前腔镜88a连续行进。结果，从后腔镜88b反射的光与接近后腔镜88b的光异相，导致相消干涉。当光随后在前腔镜88a和后腔镜88b之间被反射时，相消干涉抵消光的强度。
134.再次参考图5，一旦对应于谐振长度rl的电压在合计电压av的范围内居中，计算机确定阈值光强度(330)。在所述实施例中，阈值光强度根据经验被设置为峰值光强度的90％，以允许激光消除的时间，因为电子部件具有延迟。从液氮冷却检测器100接收光强度。
135.然后，计算机204使用图6e所示的合计电压av继续驱动后腔镜88b。特别地，计算机204指示压电驱动器248产生基础电压bv，并控制daq 224向压电驱动器248提供由压电驱动器248使用的正弦波形，以产生正弦波形电压sv，所述电压sv被添加到基础电压bv上，以达到合计电压av。由压电驱动器248产生的合计电压av在第一或第二方向上移动后腔镜88b通过腔长度cl等于谐振长度rl的位置(340)。
136.在检测到先前确定的阈值强度时，数字化仪264向定时电路260发送触发脉冲，以使光调制器60、68消除提供给衰荡腔84的激光(350)。具体地，数字化仪264触发定时电路260以将rf驱动器电压设置为零。
137.定时电路260同时引导第一和第二光调制器60、68以在或接近光调制器60、68的衰减极限处衰减光束，以减小来自第一光调制器60的光束的强度。在crds系统20中，通过引导两个光调制器60、68同时关闭，在较短的时间间隔期间由第一光调制器60偏转的光量在第二光调制器68关闭时被第二光调制器68显著减少。
138.第二光模块68大大增加了单独通过第一光调制器60实现的衰减。在当前描述的实
施例中，如果第一光调制器60可以衰减30db，并且第二光调制器68可以衰减额外的30db，则经由光调制器60、68实现的总衰减是它们的衰减之和，即60db。在用光填充衰荡腔84期间，光调制器60、68衰减工作光束52以调制其强度。在本配置中，每个光调制器60、68将工作光束52衰减5db，总衰减10db。结果，光调制器60、68中的每一个在工作光束52的消除期间仍可进一步将工作光束52衰减25db，总体进一步衰减50db。在传统的设置中，一个光调制器必须将工作光束衰减10db，留下20db的进一步衰减可用于消除工作光束。如将理解的，与具有20db的进一步衰减的一个光调制器相比，经由两个光调制器60、68的50db的进一步衰减可以更快地消除工作光束52。结果，在光调制器60、68已经被引导关闭之后引入到衰荡腔84中的附加光的量是由传统crds系统中的单个光调制器设置进一步引入的光的一小部分。通过更快地消除工作光束52，在光调制器60、68的缓降时间期间，衰荡腔84中测量的光衰减更少地受到附加光的影响，因此当将观察到的衰减时间与已知的衰减时间匹配时，提供更高的精度。
139.提供给衰荡腔84的激光的消除使得衰荡事件开始。在可选实施例中，提供给衰荡腔84的谐振激光可以以其他方式消除，例如通过使激光器失谐。通过经由阈值启动衰荡事件的触发，衰荡事件可以被定时为在峰值期间发生，同时衰荡腔84与激光谐振，而不在峰值的一侧。此外，由于谐振的带宽约为10毫伏，压电驱动器248的分辨率不足以精确地跟踪峰值。
140.在衰荡事件期间，计算机204记录从衰荡腔84的后端离开的液氮冷却检测器100报告的光强度数据(360)。在本配置中，衰荡事件持续大约10微秒，但是在其他实施例中可以持续更长或更短的时间。光衰减时间约为2微秒。
141.在触发衰荡事件之后大约100微秒，定时电路260引导光调制器60、68重新开始允许工作束52通过以到达衰荡腔84(370)。然后确定是否已经收集了足够的衰荡数据(380)。在该实施例中，crds系统20配置为从500个衰荡事件收集数据。如果已经捕获了来自500个衰荡事件的数据，则计算机204停止压电驱动器248的操作，然后根据衰荡事件数据确定衰减速率。相反，如果在380确定要收集进一步的衰荡数据，则计算机204继续引导压电驱动器248驱动后腔镜88b。如图6e所示，当合计电压av达到最大值或最小值时，它开始沿相反方向前进(390)。即，如果合计电压av在其范围内达到最大电压之前增加，则合计电压av随后向后朝着与谐振长度rl对应的电压减小。可替换地，如果合计电压av在达到其范围内的最小电压之前减小，则合计电压av然后朝着对应于谐振长度rl的电压增加回去。以这种方式，在两个方向上触发衰荡事件。
142.尽可能快地收集衰荡事件数据(即，衰荡事件期间的光强度)，因为各种输出可能移动。例如，压电致动器252可具有称为压电蠕变的稳定时间。
143.在一个方向上收集的用于衰荡腔中的光强度衰减的衰荡事件数据可以产生与在另一方向上收集的衰荡事件数据中可能出现的误差相反的误差。因此，已经发现，通过对衰荡事件的数据进行平均可以得到更精确的结果。
144.可以确定衰减常数，所述衰减常数被定义为强度下降到起始强度或某一其他水平的1/e(等于约0.37)的时间长度，然后与没有样品的基线衰减时间进行比较，以确定气态样品吸收了多少光。衰荡中的加速归因于衰荡腔84中气态样品的存在。使用测量的衰减时间，可以计算频率/波长的吸收系数。
145.上述方法300使激光器能够被调谐和设置，并且使衰荡腔84能够被调谐到激光器并被设置，这与不断跟踪激光器调谐和衰荡腔84的调谐相反。此外，通过有效地连续运动相对于彼此致动至少一个腔镜，可以避免使用具有微伏分辨率的昂贵压电驱动器的需要。此外，由于压电驱动器产生的电压在小范围内扫描，可以在相对短的持续时间(在本实施例中为几秒)内收集衰荡事件数据。
146.对居中方法的使用使得能够更精确地采样谐振点附近的峰值，从而给出更严格的分辨率和更小的标准偏差。
147.对多个频率的光重复该过程以产生气态样品的吸收光谱。例如，co2激光器24产生的光提供一定频率范围的吸收系数。类似地，可以在来自碳-13o2激光器28的光的频率范围内产生吸收系数。以这种方式，可以产生样品的吸收光谱。
148.在另一个可选实施例中，可以确定谐振峰值的定时位置，然后可以记录何时达到阈值强度的定时位置。这些定时位置可以用作检测阈值强度和腔长度与谐振长度的接近度的指标。
149.尽管在上述实施例中，光源是产生中红外范围内的光的两个激光器，但是应当理解，可以采用其他光源。例如，可以使用产生可见光谱中的光的激光器或近红外激光器。此外，在一些情况下，crds系统可仅包括一个激光器，或三个或更多个激光器，以产生工作束。
150.电光调制器可用于代替声光调制器。
151.声光调制器可经配置以使工作束的频率向上或向下移位。只要由声光调制器实现的净频移使工作束的频率显著偏离由激光器产生的工作束的频率，使得反射光在所产生的激光的带宽之外，就可以使反射光和所产生的工作束之间的干涉量最小化。
152.在其他实施例中，在crds系统中可以采用多于两个的光调制器，以提供进一步的消除能力，从而在衰荡事件开始时更快地消除工作束。此外，在另外的实施例中，可以采用单个光调制器。
153.在其他实施例中可以采用一个或多个聚焦透镜，并将其平移以使透镜能够重新定位，从而允许激光器的每个波长的模式匹配。
154.对于其他类型的谐振腔，尤其是光学谐振腔，可以采用相同的方法。
155.其他类型的事件可以被触发，因为对于特定的选定波长，腔长度接近于腔的谐振长度。
156.在其他实施方案中，可以在不同于一个大气压的压力水平下进行气态样品的分析。吸收光谱的宽度可以相应地改变。
157.虽然上面已经列举了具体的优点，但是各种实施例可以包括所列举的优点中的一些、没有或全部。
158.尽管在上述实施例中，谐振腔是衰荡腔，但是在其他实施例中，可以采用其他类型的谐振腔。
159.本领域的技术人员将理解，还存在可能的更多替换实施方案和修改，并且上述示例仅是对一个或多个实施方案的说明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求限定。
160.附图标记列表
161.20 crds系统
162.24 co2激光器
163.28 碳-13o2激光器
164.32 第一激光束
165.36 第二激光束
166.40 反射镜
167.44 分束器
168.48 采样束
169.52 输出束
170.56 快速红外检测器
171.60 第一光调制器
172.64 反射镜
173.68 第二光调制器
174.72 聚焦透镜
175.76 反射镜
176.80 衰荡室
177.84 衰荡腔
178.88 腔镜
179.88a 前腔镜
180.88b 后腔镜
181.92 反射镜安装件
182.96 测微计
183.96a 机械化测微计
184.96b 压电测微计
185.100 液氮冷却检测器
186.104 热脱附管
187.108 接收端
188.112 气动系统
189.116 氮气源
190.120 导管
191.120a 吸气管线
192.120b 脱附管管线
193.120c 样品出口管线
194.124 电磁阀
195.124a 进气阀
196.124b 辅助进气阀
197.124c 进气管线阀
198.124d 腔入口阀
199.124e 路径控制阀
200.124f 前向阀
201.124g 后向阀
202.124h 样品出口阀
203.124i 腔出口阀
204.124j 真空截止阀
205.124k 真空吸入阀
206.128 压力计
207.130a、130b 过滤器
208.132 加热器
209.136 质量流量控制器
210.140 出口管线
211.144 压力计
212.148 真空泵
213.150 泵吸入管线
214.200 电子控制子系统
215.204 计算机
216.205 处理器
217.206 存储
218.208 rf驱动器
219.212 光栅致动器
220.216 输出耦接器压电
221.220 高压放大器
222.224 daq卡
223.228 致动器驱动器
224.232 放大器
225.236 示波器
226.240 温度控制器
227.244 中继板
228.248 三通道压电驱动器
229.252 压电致动器
230.256 rf驱动器
231.260 定时电路
232.264 数字化仪
233.cl 腔长度
234.p1、p2、p3、p4、p
5 峰值
235.rl、rl1、rl
2 谐振长度
236.t 时间
237.v 电压
238.300 方法
239.310 生成波形并向压电驱动器传输波形
240.320 移位波形，直至谐振长度居中
241.330 确定阈值强度的位置
242.340 沿第一方向或第二方向致动反射镜通过谐振长度
243.350 在阈值强度位置消除光
244.360 收集衰荡数据
245.370 推荐照射腔
246.380 是否收集了足够的数据？
247.390 向其他方向改变
248.sv 正弦波形电压
249.t 时段
250.bv 基础电压
251.av 合计电压
252.t1、t2、t
3 时间