基于光致热弹光谱的硫化氢痕量气体高灵敏探测研究

作     者：周美静 刘小利 崔茹悦 薛积禹 董磊 武红鹏 

作者机构：山西大学极端光学协同创新中心 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室 

出 版 物：《激光与光电子学进展》 (Laser & Optoelectronics Progress)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 070302[理学-分析化学] 0706[理学-大气科学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(62122045,62075119,62235010,62175137) 科技部国家外专局外专项目(G2023004005L) 科技部重点研发计划项目(2019YFE0118200) 

主　　题：光致热弹光谱 音叉式石英晶振 硫化氢 气体传感 

摘      要：光致热弹光谱（LITES）技术是近年来发展迅速的一种新颖痕量气体检测技术，该技术以体积小巧、成本低廉且无波长选择性的音叉式石英晶振替代成本高、探测波段窄的光电探测器作为光电换能器，通过探测激光与目标气体后光强的变化量实现目标气体浓度的反演。LITES技术具有探测灵敏度高、响应时间短、无波长选择性等优点。本文以下水道中的硫化氢气体为测量目标，开展了基于LITES技术的痕量气体探测系统的研究。以输出波长为1.582μm的近红外连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源，采用激光器波长调制和二次谐波探测技术，首先研究了激光波长调制深度对LITES系统产生的信号幅度的影响，而后详细研究了气体压强及环境压强对装置性能的影响。此外，为进一步提升装置探测灵敏度，有效光程长度为14.5m的Herriott多通池被装配在激光器和作为光电探测器的音叉式石英晶振之间，从而使传感器在积分时间为300ms时，获得487ppb的最低探测极限，当积分时间延长至52s时其探测灵敏度可达77.8ppb。在完成装置各项参数优化之后开展了下水道中硫化氢气体的实测研究，结果显示该系统完全可满足下水道臭气监测分析等领域的应用需求。