【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，中科院合肥研究院安光所方勇華研究員團(tuán)隊(duì)在痕量氣體光聲檢測(cè)研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際知名光學(xué)期刊Optics Express上，并被選為“Editor’s Pick” 文章。博士生李振鋼為論文第一作者。
 

　　光聲光譜是一種間接吸收光譜技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)氣體吸收光能產(chǎn)生的光聲信號(hào)來(lái)反演氣體濃度，具有靈敏度高、選擇性好、零背景檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷、燃燒分析、電力檢測(cè)等領(lǐng)域。然而，光聲檢測(cè)性能容易受到各類噪聲的影響，如氣體流動(dòng)噪聲和電子學(xué)噪聲等非相干噪聲，以及光聲池壁吸收光能產(chǎn)生的相干噪聲等。此前，在同時(shí)抑制相干與非相干噪聲、增強(qiáng)光聲信號(hào)方面業(yè)內(nèi)鮮有報(bào)道。
 

　　該團(tuán)隊(duì)基于光聲檢測(cè)原理，研制了一種新型的差分式亥姆霍茲光聲池，其特殊結(jié)構(gòu)使光束能夠在鍍金內(nèi)壁上多次反射，以激發(fā)出更強(qiáng)的光聲信號(hào)。同時(shí)，采用波長(zhǎng)調(diào)制與二次諧波技術(shù)抑制了光聲池壁因吸收光能產(chǎn)生的相干噪聲。此外，由于該光聲池的差分特性，使非相干噪聲得到極大抑制。該光聲池經(jīng)過(guò)詳細(xì)的仿真優(yōu)化，在獲得高檢測(cè)性能參數(shù)的同時(shí)，進(jìn)一步提高了待測(cè)氣體的置換速度。在甲烷氣體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，該光聲傳感器表現(xiàn)出了良好的線性度和靈敏度。當(dāng)激發(fā)光源為較低功率(6 mW)的近紅外(1653 nm)分布式反饋激光器時(shí)，在1 s的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了甲烷氣體177 ppb的最低檢測(cè)限，對(duì)應(yīng)的歸一化噪聲等效吸收系數(shù)為4.1×10–10 cm–1 WHZ–1/2(此前報(bào)道的歸一化噪聲等效吸收系數(shù)通常為10–8至10–10量級(jí))。
 

新型差分式亥姆霍茲光聲池的(a)聲壓仿真和(b)多次反射示意圖
 

待測(cè)氣體置換速率仿真；(a)連接管位置優(yōu)化前(b)連接管位置優(yōu)化后
 

(a)光聲檢測(cè)裝置原理圖和(b)光聲池機(jī)械結(jié)構(gòu)圖