В связи с проблемами дрейфа частоты лазера, слишком широкой шириной линии и трудностями традиционных методов стабилизации частоты в обеспечении быстрой однократной измерительной точки и снижении стоимости аппаратуры в системе кавитационно-затухающей спектроскопии (Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS), была установлена соотношение между частотой модуляции и выбором фазы в спектроскопии частотной модуляции и применена в стабилизации лазерной частоты и системе CRDS, что позволило выполнить быстрое однократное измерение ацетиленового газа. Теоретически система демонстрирует закономерности эволюции ошибок фазового сигнала поглощения и дисперсии в зависимости от частоты модуляции в спектроскопии частотной модуляции, а также физические характеристики при выборе оптимальной фазы демодуляции с критической точкой 300 МГц: ниже 300 МГц доминирует сигнал поглощения, тогда как на высоких частотах преимущество имеет дисперсионный сигнал. Экспериментально была построена система стабилизации лазера на базе FPGA, верификация показала высокое совпадение эволюции амплитуды сигнала ошибки с теорией. Оптимизируя параметры давления и концентрации, с помощью ПИД-регулятора частота лазера была точно зафиксирована на линии поглощения ацетилена, достигнута стабильность частоты и сужение линии. Применение стабилизированного лазера в измерениях CRDS показало, что пределы обнаружения системы составляют 6.23×10^-10 /см и 2.51×10^-10 /см при частотах модуляции 9 МГц (фаза поглощения) и 350 МГц (фаза дисперсии) соответственно по анализу дисперсии Аллана, что примерно на порядок лучше, чем без стабилизации (1.55×10^-9 /см). Соответствующие минимальные концентрации составили 5.09×10^-12 моль/моль и 1.26×10^-11 моль/моль, что также примерно на порядок лучше, чем без стабилизации (1.55×10^-11 моль/моль). Несмотря на превосходство фазовой дисперсии на высоких частотах, улучшение по сравнению с фазой поглощения на низких частотах ограничено; поэтому в практических применениях можно комплексно оценивать частоту модуляции и стоимость аппаратуры для достижения баланса между производительностью и стоимостью, что представляет важную ссылку для высокоточного и недорогого мониторинга газов в области экологического мониторинга и промышленной сенсорики.

лазерная спектроскопия;кавитирующая спектроскопия;спектроскопия частотной модуляции;стабилизация лазерной частоты;обнаружение следовых газов