Hydroxylradikale erstmals bei 2,8 μm Wellenlänge mit optisch rückgekoppelter Hohlraum-verstärkter Absorptionsspektroskopie nachgewiesen

Basierend auf der OF-CEAS-Technologie (Optical-Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy) hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Zhang Weijun vom Hefei Institute of Physical Science (HFIPS) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) kürzlich Hydroxylradikale nachgewiesen (OH) bei 2,8 μm Wellenlänge mit einem Diodenlaser mit verteilter Rückkopplung.

Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Optik Express.

OH-Radikale sind das wichtigste Oxidationsmittel in der Atmosphäre. Die schnelle Zirkulationsreaktion bestimmt die Produktion und Entfernung von Hauptschadstoffen in der Atmosphäre. Genaue Messungen für OH-Radikale sind aufgrund ihrer hohen Reaktivität, kurzen Lebensdauer und geringen Konzentration in der Atmosphäre sehr schwierig. Und es ist heute ein wichtiges und herausforderndes Forschungsthema auf dem Gebiet der Atmosphärenchemie.

„Diese Studie bietet eine neue direkte Nachweismethode für OH-Radikale“, sagte Yang Nana, Erstautor der Veröffentlichung.

Sie erklärte weiter, dass OF-CEAS resonantes Licht des Resonators verwendet, um es an den Laser zurückzukoppeln, was die Laserlinienbreite effektiv verengen könnte. Außerdem könnte es eine optische Selbstverriegelung realisieren, um die Kopplungseffizienz des Lasers und des Resonators zu verbessern und eine hochempfindliche Detektion zu erreichen.

In dieser Forschung verwendete das Team die Methode der Wellenlängenmodulation, um die optische Phase zu steuern. Sie nutzten das vom Lock-in-Verstärker demodulierte 1f-Signal des Resonatormodus als Fehlersignal und schickten es an den Proportional-Integral-Differential-Servoregler, um den Abstand vom Laser zum Resonator zu steuern. Das System erreichte daher Echtzeit-Phasenverriegelung. Die Nachweisempfindlichkeit war etwa dreimal besser als die des Symmetrieanalyseverfahrens.

In Kombination mit der Faraday-Rotationsspektroskopie und der Frequenzmodulationsspektroskopie kann OF-CEAS einen neuen Ansatz mit höherer Empfindlichkeit für den direkten Nachweis atmosphärischer OH-Radikale bieten.