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研究人员设计出新型双共振光声气体传感器
来源:赛斯维传感器网 发表于 2022/10/31

双谐振pas的工作原理。asw:声驻波;osw:光学驻波;qtf:石英音叉。osw 的幅度在 qtf 的谐振频率处进行调制。声学谐振器的几何形状是根据声学频率设计的。来源:光声学(2022 年)。doi: 10.1016/j.pacs.2022.100387


基于光声光谱(pas)的气体传感器具有可调谐二极管激光吸收光谱(tdlas)的优点,如高灵敏度、高选择性和宽动态范围。在实际应用中对传感器性能的要求越来越高。


许多工作都集中在声谐振器以增强声波或光学谐振器以增强光波。但是,灵敏度和动态范围不能同时提高。


在最近发表在光声学上的一项研究中,中国科学院(cas)长春光学精密机械与物理研究所(ciomp)的王震博士和王强教授开发了一种基于双谐振pas的新型气体传感器,它在厘米长的配置中结合了光学和声学谐振器,并利用了双驻波效应。声波和光波都显着增强了几个数量级。


通过入射激光频率与光学谐振腔的纵向腔模之间的谐振,一对谐振腔镜形成光驻波。高精密度光学谐振器可以显着增加激光功率,它直接放大光声信号。入射激光的强度调制具有与换能器相同的谐振频率。产生的声波在专门设计的一维声谐振器中增强了两个数量级。


在相同的实验条件下测量了三种不同配置的 c 2 h 2线在 1531.6 nm 处的 pas-1f 信号。组合的光声放大提供了10 5的增强因子。用不同的c 2 h 2 /n 2混合物测试传感器的线性响应,传感器在1 ppb到50 ppm范围内表现出非常好的线性响应。进行 allan-werle 偏差分析以评估长期稳定性和最小检测限。在平均时间为 300 s 时,噪声等效浓度 (nec) 可以提高到 0.5 ppt,导致 nea 系数为 5.7×10 -13 cm -1. 结果,所提出的光声气体传感器实现了1.0×10 8的动态范围。


与最先进的pas气体传感器相比,开发的传感器实现了创纪录的灵敏度和动态范围,为科学探索提供了有力的工具。

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