Abstract Atmospheric Aerosols affect Earth’s climate directly by scattering and absorbing solar radiation. In order to study the optical properties of aerosols, we developed a broadband cavity-enhanced spectrometer that uses a supercontinuum laser source and a compact spectrometer, to measure simultaneously the extinction coefficient of aerosols over a broad wavelength region from 420 to 540 nm. The system employs a dual cavity approach with a reference and a sample cavity, accounting for changes in gases background and for laser spectral and intensity fluctuations. We tested the system with aerosolized salt particles and polystyrene latex spheres. We performed calculations using Mie theory and found good agreement with the measured extinction. We also found that the extinction coefficient of non-absorbing aerosol favorably compares with the scattering coefficient measured by a nephelometer. Finally, we generated soot particles and found an extinction Ångström exponent in good agreement with values reported in the literature. Wavelength dependent detection limits (1σ) for the instrument at 5 nm wavelength resolution and for an integration time of ∼10 min were found to be in the range ∼5 Mm−1 to 13 Mm−1. The broadband dual-cavity extinction spectrometer is simple and robust and might be particularly useful for laboratory measurements of the extinction coefficient of brown carbon aerosol. The laboratory tests suggest that the prototype is promising for future developments of a field-deployable instrument. Copyright © 2020 American Association for Aerosol Research

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用于监测大气气溶胶宽带消光的双腔光谱仪

摘要 大气气溶胶通过散射和吸收太阳辐射直接影响地球气候。为了研究气溶胶的光学特性，我们开发了一种宽带腔增强光谱仪，它使用超连续谱激光源和紧凑型光谱仪，在 420 到 540 nm 的宽波长范围内同时测量气溶胶的消光系数。该系统采用带有参考和样品腔的双腔方法，考虑了气体背景的变化以及激光光谱和强度波动。我们使用雾化盐颗粒和聚苯乙烯乳胶球测试了该系统。我们使用 Mie 理论进行了计算，发现与测量的消光非常吻合。我们还发现，非吸收性气溶胶的消光系数与浊度计测量的散射系数相比具有优势。最后，我们生成了烟灰颗粒并发现了一个与文献中报道的值非常一致的消光 Ångström 指数。发现仪器在 5 nm 波长分辨率和约 10 分钟的积分时间下的波长相关检测限 (1σ) 在约 5 Mm-1 到 13 Mm-1 的范围内。宽带双腔消光光谱仪简单而坚固，可能对实验室测量棕色碳气溶胶的消光系数特别有用。实验室测试表明，该原型有望用于未来现场部署仪器的开发。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 我们生成了烟灰颗粒，并发现了一个与文献中报道的值非常一致的消光 Ångström 指数。发现仪器在 5 nm 波长分辨率和约 10 分钟的积分时间下的波长相关检测限 (1σ) 在约 5 Mm-1 到 13 Mm-1 的范围内。宽带双腔消光光谱仪简单而坚固，可能对实验室测量棕色碳气溶胶的消光系数特别有用。实验室测试表明，该原型有望用于未来现场部署仪器的开发。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 我们生成了烟灰颗粒，并发现了一个与文献中报道的值非常一致的消光 Ångström 指数。发现仪器在 5 nm 波长分辨率和约 10 分钟积分时间下的波长相关检测限 (1σ) 在约 5 Mm-1 至 13 Mm-1 范围内。宽带双腔消光光谱仪简单而坚固，可能对实验室测量棕色碳气溶胶的消光系数特别有用。实验室测试表明，该原型有望用于未来现场部署仪器的开发。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 发现仪器在 5 nm 波长分辨率和约 10 分钟的积分时间下的波长相关检测限 (1σ) 在约 5 Mm-1 到 13 Mm-1 的范围内。宽带双腔消光光谱仪简单而坚固，可能对实验室测量棕色碳气溶胶的消光系数特别有用。实验室测试表明，该原型有望用于未来现场部署仪器的开发。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 发现仪器在 5 nm 波长分辨率和约 10 分钟的积分时间下的波长相关检测限 (1σ) 在约 5 Mm-1 到 13 Mm-1 的范围内。宽带双腔消光光谱仪简单而坚固，可能对实验室测量棕色碳气溶胶的消光系数特别有用。实验室测试表明，该原型有望用于未来现场部署仪器的开发。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 实验室测试表明，该原型有望用于未来现场部署仪器的开发。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会 实验室测试表明，该原型有望用于未来现场部署仪器的开发。版权所有 © 2020 美国气溶胶研究协会