近年来,激光技术与应用发展迅猛,已与多个学科相结合形成多个工业应用技术领域,不同的激光波段根据其本身的特性被广泛应用在各行各业。其中1550 nm(1.55 μm)波段激光由于其在大气传输中表现的优秀特性而在光学领域中脱颖而出,首先,1550 nm波段处于人眼安全波段,相较于其他激光波段对人眼的允许曝光量高,可避免对视觉系统的潜在损害;其次,该波段激光处于大气传输窗口之一,水汽吸收截面小,对烟、雾穿透能力强,适用于各种气象条件下的长距离传输;此外,1550 nm激光处于室温工作的Ge和InGaAs探测器的最灵敏探测区,可实现信号的高效探测和收集,因此其在光通信、医学和环境监测等领域具有广泛应用。
得益于在光学通信、遥感测量和大气监测等方面的卓越表现,1550 nm波段激光逐渐成为市面上高精度温室气体分析仪常用的光学探测波段之一。高精度温室气体分析仪采用光腔衰荡光谱技术(CRDS),这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,通过测量激光在由两个高反镜组成的谐振腔内来回反射,从而实现对样品极高灵敏度的光学消光测量。其原理是通过监测光强的指数衰减,计算样品对光的吸收,进而得到其浓度。这一技术具有非侵入性、高分辨率和高精度的特点,被广泛应用于大气背景下温室气体监测,可以快速、准确地测定CO2、CH4、N2O等气体,为环境保护和气候研究提供了重要手段。
在这类气体分析仪中,1550 nm波段超高反射镜(反射率≥99.999%,总损耗 < 10 ppm)的研发尤为关键。作为光腔衰荡光谱技术的核心组成器件,超高反射镜通过增加谐振腔内光学路径长度,加强光与样品的相互作用,从而提高测量的灵敏度。这为CRDS技术的应用提供强有力的支持,使其在环境科学和气候研究等领域更具竞争力。因此,1550 nm波段超高反射镜的高反膜系镀膜能力的提升为光腔衰荡光谱技术的性能和应用提供了关键的推动力。
目前该类超级反射镜主要依赖外国公司生产,存在价格贵、交期长和批次差异性较大等诸多问题。因此,国内企业对1550 nm波段超高反射镜的研发是切实所需的,亦是推动我国大气探测领域进一步发展不可或缺的一环。