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光学精密工程 2024年第3期32卷 317-323页

作者：陈祥刘浩姚路许振宇胡迈阚瑞峰中国科学院合肥物质科学研究院安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 香港中文大学中国香港999077

提出了基于光强非线性响应的光致热弹光谱光强修正方法,实现了激光光强的准确修正。控制DFB激光器工作于波长调制模式,设置激光调制频率为16369.75 Hz,通过光纤放大器增强其出射光强非线性项的幅值,光束经多次反射池后汇聚于石英音叉根... 详细信息

提出了基于光强非线性响应的光致热弹光谱光强修正方法,实现了激光光强的准确修正。控制DFB激光器工作于波长调制模式,设置激光调制频率为16369.75 Hz,通过光纤放大器增强其出射光强非线性项的幅值,光束经多次反射池后汇聚于石英音叉根部激发光热信号,采用数字锁相放大器解调得到对应的谐波信号,通过多项式拟合谐波信号背景,反演得到与浓度及光强分别对应的谐波信号。实验结果表明,当光强从22.03 mW变化至3.16 mW,谐波信号背景幅值与光强具有良好的线性关系,线性相关系数大于0.998,归一化后的谐波信号幅值波动小于0.37%。针对甲烷测量,系统在较大的浓度范围内具有良好的线性响应,谐波信号信噪比表明系统的最低检测限达0.22×10-6。该研究为光致热弹光谱的光强修正提供了一种新的方法,可有效提高LITES系统在长期测量应用中的稳定性。

关键词：光致热弹光谱谐波信号非线性响应多项式拟合光强修正

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基于光致热弹光谱的硫化氢痕量气体高灵敏探测(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第3期61卷 311-318页

作者：周美静刘小利崔茹悦薛积禹董磊武红鹏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山西太原030006 山西大学极端光学协同创新中心山西太原030006

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相互作用后光强的变化量... 详细信息

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相互作用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14.5 m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300 ms时,获得4.87×10^(-7)的最低探测极限,当积分时间延长至52 s时其探测灵敏度可达7.78×10^(-8)。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。

关键词：光致热弹光谱音叉式石英晶振硫化氢气体传感

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基于光致热弹光谱的硫化氢痕量气体高灵敏探测（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第3期 331-338页

作者：周美静刘小利崔茹悦薛积禹董磊武红鹏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山西大学极端光学协同创新中心

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相互作用后光强的变化... 详细信息

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相互作用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14.5 m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300 ms时，获得4.87×10-7的最低探测极限，当积分时间延长至52 s时其探测灵敏度可达7.78×10-8。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。

关键词：光致热弹光谱音叉式石英晶振硫化氢气体传感

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基于光致热弹光谱的硫化氢痕量气体高灵敏探测研究

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激光与光电子学进展 2023年

作者：周美静刘小利崔茹悦薛积禹董磊武红鹏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

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... 详细信息

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。

关键词：光致热弹光谱音叉式石英晶振硫化氢气体传感

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基于光致热弹光谱的痕量气体传感技术研究进展

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金陵科技学院学报 2023年第2期39卷 64-74页

作者：李新华贾志超许薇陈祥金陵科技学院材料工程学院江苏南京211169

光致热弹光谱(LITES)技术在痕量气体检测领域的应用性能不断提高。主要介绍了基于不同结构吸收池的LITES痕量气体传感技术、提高系统灵敏度的各种技术手段以及LITES痕量气体传感技术的光强修正方法,并对目前LITES痕量气体传感技术的研... 详细信息

光致热弹光谱(LITES)技术在痕量气体检测领域的应用性能不断提高。主要介绍了基于不同结构吸收池的LITES痕量气体传感技术、提高系统灵敏度的各种技术手段以及LITES痕量气体传感技术的光强修正方法,并对目前LITES痕量气体传感技术的研究进展进行总结,展望了进一步提高系统检测灵敏度的方法,以期LITES痕量气体传感技术在环境监测、工业安全和生命科学等领域发挥更大的作用。

关键词：光致热弹光谱石英音叉长光程痕量气体传感器

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基于石英探测光谱技术的甲烷和氯化氢痕量气体检测研究

基于石英探测光谱技术的甲烷和氯化氢痕量气体检测研究

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作者：李宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

伴随着新时代的到来,人们开始对大气环境监测、煤矿生产安全以及医学呼出气体诊断等方面有着日益增长的需求。因此,开展超高灵敏度的痕量气体检测研究对于社会的发展具有重大的意义。石英增强光声光谱（Quartz-enhanced photoacoustic s... 详细信息

伴随着新时代的到来,人们开始对大气环境监测、煤矿生产安全以及医学呼出气体诊断等方面有着日益增长的需求。因此,开展超高灵敏度的痕量气体检测研究对于社会的发展具有重大的意义。石英增强光声光谱（Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy,QEPAS）技术是一种应用广泛的痕量气体检测技术。与传统光声光谱技术不同的是,QEPAS技术的核心器件是石英音叉。首先,本文通过使用COMSOL软件仿真计算出了石英音叉的前十阶振动模态,对仿真得到的结果、公式计算出来的结果以及实验测得的结果进行比较。接下来进行音叉振动幅度仿真研究,最终,仿真计算得到了最佳共振管长度为5 mm,并且得到了使音叉振动幅度最大的最佳激光激励位置。在实验部分,针对传统光声光谱检测系统对甲烷气体检测灵敏度较低的问题,本文采用高功率近红外可调谐分布反馈激光器作为光声光谱激发光源,优化调制深度和耦合声学共振管从而提升系统探测性能,最后通过加入水汽增加气体分子弛豫速率来增强信号幅值。本实验中测得的QEPAS信号为3.23 mV,系统的最小探测极限达到7.9 ppm。实验结果证明,该QEPAS传感系统对不同浓度的甲烷气体具有良好的线性浓度响应。针对石英增强光声光谱检测系统对腐蚀性气体检测存在不足的问题,提出使用光致热弹光谱（Light-induced thermoelastic spectroscopy,LITES）技术来进行检测。在本实验中,对腐蚀性气体氯化氢（HCl）进行探测。通过优化激光的激励位置和调制深度以提升LITES传感系统的检测性能。最终,探测到的LITES信号最大幅值为2.99 mV,系统的最小探测极限达到410 ppb。实验结果证明,该LITES传感系统对不同浓度的HCl气体具有良好的线性浓度响应,并且在不同的激光功率下也具有良好的线性功率响应。

关键词：痕量气体检测危险气体石英增强光声光谱光致热弹光谱

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