研究目的
研究利用中红外脉冲光学参量振荡器（OPO）进行高灵敏度、高选择性的光声（PA）痕量气体检测，应用于环境监测和呼吸分析领域。
研究成果
该研究成功展示了一种新型微型化光声痕量气体分析平台，该平台集成了中红外光学参量振荡器（MIR OPO），可用于环境监测和呼吸分析。该平台能够实时检测并区分包括甲烷、二氧化氮和氨在内的多种气体。
研究不足
该研究未讨论MIR OPO技术或微型PAS池在灵敏度、选择性或操作限制方面的潜在局限性。
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 基于宽调谐中红外脉冲光学参量振荡器的紧凑型光声光谱仪
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 基于宽调谐中红外脉冲光学参量振荡器的紧凑型光声光谱仪
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872577
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
对于高灵敏度、高选择性的光声（PA）痕量气体检测，理想方案是采用中红外（MIR）波段大波长可调谐的高功率光源——该波段正是多数分子强振动跃迁的特征区域。光参量振荡器（OPO）技术虽属传统方案，但仍是光声光谱仪的卓越光源选择：其凭借1.5至5微米的大范围波长可调谐性实现分子特异性检测，兼具高能量输出、成本效益与紧凑结构等优势[1]。OPO的可调谐特性与PA技术相结合，可通过统一信号处理与数据分析实现多组分气体同步检测。MIR-OPO可配置脉冲或连续波（CW）两种工作模式，其中脉冲模式能产生高峰值功率、可能引发非线性吸收效应，并保持适中的归一化噪声等效吸收系数。我们展示了一款集成MIR-OPO的新型微型化PA痕量气体分析平台，该技术瞄准环境监测与呼气分析两大市场机遇[2,3]。通过将激光脉冲重复频率调节至匹配PA气室声学共振频率，证实微型光声光谱（PAS）气室可被MIR-OPO谐振激发。采用三种气体样本验证该气体传感器在实时环境监测与呼气分析中的应用效果：甲烷（CH4）100 ppmV、二氧化氮（NO2）100 ppmV、以及含40%湿度的环境空气中约1000 ppmV氨气（NH3）[3]，所有样本均以300 ml/min流速通过PAS气室。这些气体既是典型的环境痕量气体，也是呼出气体中的生物标志物——它们通过导致土壤酸化、水体富营养化及平流层臭氧损耗而破坏环境，其中氨气主要源自禽畜废弃物分解、工业过程及柴油机尾气；NO2作为有毒受控空气污染物严重威胁人体健康。监测这些气体在人体呼气中的含量也尤为重要，因其可能成为癌症生物标志物。本研究获得EUREKA计划（欧洲之星项目E10589 - PIRMAH）及丹麦高等教育署的资助。
作者：
Laurent Lamard，David Balslev-Harder，Andre Peremans，Jan C. Petersen，Mikael Lassen
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