中科院開發(fā)新型雙共振光聲氣體傳感器

2022年10月12日，發(fā)表在《光聲學(xué)》雜志上的一項研究中，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（CIOMP）的王震博士和王強(qiáng)教授共同開發(fā)了一種基于雙共振PAS 的新型氣體傳感器，該傳感器將光學(xué)和聲學(xué)諧振器組合在一個厘米長的配置中，并利用雙駐波效應(yīng)，聲波和光波都顯著增強(qiáng)了好幾個數(shù)量級。

通過入射激光頻率與光學(xué)諧振腔縱向腔模的共振，一對諧振腔鏡形成駐波。高精細(xì)的光學(xué)諧振腔可直接放大光聲信號，顯著增強(qiáng)激光功率。入射激光的強(qiáng)度調(diào)制具有與換能器相同的諧振頻率。在一個專門設(shè)計的一維聲學(xué)諧振器中，產(chǎn)生的聲波被增強(qiáng)了兩個數(shù)量級。

在相同的實驗條件下，測量了C2H2線在1,531.6 nm 處三種不同構(gòu)型的PAS-1f 信號。復(fù)合光聲放大的增強(qiáng)系數(shù)為105。在不同的C2H2/N2混合物中測試了傳感器的線性響應(yīng)，傳感器在1×10-9到50×10-6之間表現(xiàn)出非常好的線性響應(yīng)。采用allen-werle 偏差分析評價了長期穩(wěn)定性和最小檢出限。平均時間為300 s，噪聲當(dāng)量濃度（NEC）可提高到0.5 ppt，NEA 系數(shù)為5.7×10-13/cm。結(jié)果表明，所提出的光聲氣體傳感器實現(xiàn)了1.0×108的動態(tài)范圍。

該傳感器具有的高靈敏度和動態(tài)范圍，為科學(xué)勘探提供了有力的工具。