研究人员设计出新型双共振光声气体传感器

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。