【儀表網 儀表研發】近日，中科院合肥研究院安光所方勇華研究員團隊在痕量氣體光聲檢測研究方面取得新進展，相關研究成果發表在國際知名光學期刊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，通過檢測氣體吸收光能產生的光聲信號來反演氣體濃度，具有靈敏度高、選擇性好、零背景檢測等優點，廣泛應用于環境監測、醫療診斷、燃燒分析、電力檢測等領域。然而，光聲檢測性能容易受到各類噪聲的影響，如氣體流動噪聲和電子學噪聲等非相干噪聲，以及光聲池壁吸收光能產生的相干噪聲等。此前，在同時抑制相干與非相干噪聲、增強光聲信號方面業內鮮有報道。
該團隊基于光聲檢測原理，研制了一種新型的差分式亥姆霍茲光聲池，其特殊結構使光束能夠在鍍金內壁上多次反射，以激發出更強的光聲信號。同時，采用波長調制與二次諧波技術抑制了光聲池壁因吸收光能產生的相干噪聲。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。該光聲池經過詳細的仿真優化，在獲得高檢測性能參數的同時，進一步提高了待測氣體的置換速度。在甲烷氣體檢測實驗中，該光聲傳感器表現出了良好的線性度和靈敏度。當激發光源為較低功率(6 mW)的近紅外(1653 nm)分布式反饋激光器時，在1 s的檢測時間內實現了甲烷氣體177 ppb的最低檢測限，對應的歸一化噪聲等效吸收系數為4.1×10–10 cm–1 WHZ–1/2(此前報道的歸一化噪聲等效吸收系數通常為10–8至10–10量級)。
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
待測氣體置換速率仿真；(a)連接管位置優化前(b)連接管位置優化后
(a)光聲檢測裝置原理圖和(b)光聲池機械結構圖
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