Face aux problèmes liés à la dérive de fréquence du laser, la largeur de ligne trop large et la difficulté des techniques classiques de stabilisation de fréquence à concilier la mesure rapide en un point unique et le coût matériel dans les systèmes de spectroscopie par anneau résonnant (Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS), une correspondance entre la fréquence de modulation et le choix de phase dans la spectroscopie de modulation de fréquence a été établie, et appliquée à la stabilisation de fréquence du laser et au système CRDS, réalisant ainsi une mesure rapide en un point unique du gaz acétylène. Théoriquement, le système illustre les lois d'évolution du signal d'erreur de phase d'absorption et de dispersion avec la variation de la fréquence de modulation dans la spectroscopie de modulation de fréquence, exposant les propriétés physiques du choix préférentiel d'une phase de démodulation différente avec un point critique à 300 MHz, où le signal d'absorption domine sous 300 MHz, tandis que le signal de dispersion est supérieur dans la gamme haute fréquence. Un système de stabilisation de fréquence de laser basé sur FPGA a été construit, et l'évolution de la crête à crête du signal d'erreur a été confirmée en accord avec la théorie. En optimisant la pression et la concentration, et en utilisant un contrôleur PID, la fréquence du laser a été précisément verrouillée sur la ligne d'absorption de l'acétylène, atteignant la stabilité de fréquence et le resserrement de la largeur de ligne. L'application du laser stabilisé en fréquence à la mesure CRDS a montré que les limites de détection du système atteignaient respectivement 6,23×10^-10 /cm et 2,51×10^-10 /cm aux fréquences de modulation de 9 MHz (phase d'absorption) et 350 MHz (phase de dispersion) selon l'analyse de la variance d'Allan, ce qui représente une amélioration d'environ un ordre de grandeur par rapport au système non stabilisé (1,55×10^-9 /cm). Les concentrations minimales correspondantes étaient de 5,09×10^-12 mol/mol et 1,26×10^-11 mol/mol, également une amélioration d'environ un ordre de grandeur comparé au système non stabilisé (1,55×10^-11 mol/mol). Bien que la phase de dispersion haute fréquence possède des performances supérieures, l'amélioration est limitée par rapport à la phase d'absorption basse fréquence ; par conséquent, en applications pratiques, il est possible de compenser la fréquence de modulation et le coût matériel pour réaliser un équilibre entre performance et coût, fournissant une référence importante pour la surveillance des gaz à haute précision et à faible coût dans les domaines de la surveillance environnementale et des capteurs industriels.

spectroscopie laser;spectroscopie par anneau résonnant;spectroscopie de modulation de fréquence;stabilisation de fréquence laser;détection de gaz traces