Integrated Cavity Output Spectroscopy Using an External Cavity Diode Laser for the Density Absorption Measurement of Trace Gases

Integrated cavity output spectroscopy(ICOS) is a simple, non-intrusive absorption measurement technique that can detect and quantify trace-level gas species. The spectral absorbance of a gas is quantified from the integrated optical output of the modulated high-finesse cavity containing the sample which is irradiated by a wavelength-swept laser source. We constructed an experimental setup by using a tunable single mode external cavity diode laser operating at the wavelength near 765 nm and a Fabry-Perot cavity with length modulation achieved by a piezoelectric transducer where one of the cavity mirrors sat on. In the experiment performed on minute oxygen gas at the wave-length near 764.5nm, we demonstrated the minimum detectable absorption of $8.45\times10^{-8}cm^{-1}$.

미량 기체의 밀도 측정을 위한 외부 공진기 반도체 레이저 광학공동 적분 투과 분광법

광학공동 적분 투과 분광법(integrated cavity output spectroscopy, ICOS)은 파장가변 레이저와 광학공동을 이용해 미량기체의 절대 밀도를 고감도로 측정할 수 있는 실시간 흡수 분광계측 기법이다. 이 기법은 압전 소자를 이용해 길이가 변조되는 고 피네스(high finesse) 파브리-페로 공동(Fabry-Perot cavity)을 공명 투과하는 연속파 파장 변조 레이저의 적분 출력으로 부터 공동 내부 시료의 분광 흡수량을 측정하는 원리를 이용한다. 본 연구에서는 764,7nm 파장 근처에서 파장이 변조되는 외부 공진기 반도체 레이저를 광원으로 사용하고, $99.997\%$의 높은 반사율을 갖는 거울로 구성된 파브리-페로 공동을 이용해 파장에 따른 투과 감쇠 신호를 발생시키는 실험 장치를 구성하였다. 산소 기체에 대한 측정 실험을 수행한 결과, 최소 흡수계수 $8.45\times10^{-8}cm^{-1}$에 해당하는 미량기체 밀도를 측정할 수 있는 성능을 얻었다.