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oe1(光电查) - 科学论文

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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）- 通过将中红外超连续谱光上转换至近红外实现宽带多物种痕量气体检测

    摘要： 近期紧凑、稳定且宽带的中红外超连续谱（SC）光源的进展，为计量学、传感和通信领域提供了极具吸引力的科研与工业应用[1]。这类SC光源在所谓分子指纹区的全谱段覆盖是其主要优势，为短时高效多组分痕量气体检测开辟了新途径。目前缺乏灵敏、低成本且无需制冷的MIR光电探测器，替代方案是通过非线性转换将中红外光上转换至近红外波段，从而利用高灵敏度且经济实用的CCD探测器优势[2]。本文报道了一种结合中红外SC光源、多通吸收池及基于上转换光谱仪的多组分痕量气体传感器研发成果。定制化SC光源（NKT Photonics）总功率450 mW，覆盖1.5-4.5 μm光谱窗口；像散型Herriott多通池（AMAC-76，Aerodyne Research）提供76米有效光程以提升检测灵敏度?；谏献坏墓馄滓牵∟LIR）细节已近期发表[3]。需说明当前上转换系统中，1064 nm腔内激光通过808 nm而非880 nm泵浦Nd:YVO4增益介质产生。为增强单组分检测的长期稳定性，采用非吸收参考光路平衡SC光源强度以最小化幅值漂移。如图1(a)所示，在氮气基质中获得了乙烷与乙醛混合物（ppm级）等多组分宽带吸收光谱，通过非负最小二乘全局拟合方法提取各子组分浓度。为验证系统对不同气体浓度的线性响应，在900 mbar压力下测量60秒不同混合比吸收谱，图1(b)展示了乙烷测量值与计算值吻合的线性拟合结果。该传感器能在600 cm-1以上宽谱范围（~5 cm-1光谱分辨率）检测亚ppmv级气体浓度（如约300 ppbv乙烷）。目前正通过在上转换系统中使用啁啾晶体扩展更宽光谱范围并进行后续实验，更多细节及实验进展结果将在会议呈现。

    关键词： 多物种、中红外超连续谱、上转换、宽带、痕量气体检测

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 近红外光学反馈腔增强吸收光谱技术（OF-CEAS）在人体呼出气氨检测中的应用

    摘要： 对呼出气体中痕量气体的定性与定量分析已成为疾病诊断和健康状态监测等生物医学应用中极具前景的技术。本文描述了高光谱分辨率光学反馈腔增强吸收光谱技术（OF-CEAS）在人体呼出气氨检测中的应用，同时基本消除了CO?和H?O等主要干扰气体。通过适当的光学反馈，将1531.6 nm波长的光纤分布反?。―FB）二极管激光器锁定至自由光谱范围（FSR）为300 MHz、精细度为14,610的V型腔共振。单次5秒扫描即可实现αmin = 2.3 × 10?9 cm?1的最小可探测吸收系数，在低压条件下获得呼气中氨17 ppb的检测限；当对16次激光扫描光谱进行平均时，该稳定系统可将检测限降至4.5 ppb。与受频率空间自由光谱范围限制的静态腔典型CEAS不同，由于同步实现激光频率调谐与腔抖动，本实验装置可达到的光谱分辨率高达0.002 cm?1，因此能更精确地呈现吸收线轮廓，特别适用于低压痕量气体检测。该研究在人体呼气分析与大气科学领域具有高精度选择性及高灵敏度应用的巨大潜力。

    关键词： 痕量气体检测、呼气气体分析、氨气、光反馈、腔增强吸收光谱法

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • [2019年IEEE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) - 基于取向图案化砷化镓差频产生技术的12.6-15微米中红外光源

    摘要： 中红外（mid-IR）波段的可调谐激光源在分子光谱学和痕量气体检测等多种应用中备受关注?；诜窍咝跃逯蟹窍咝云德首坏牟钇挡―FG）技术是实现可调谐中红外激光源的有效方法[1]。在非线性晶体中，取向图案化（OP）砷化镓（GaAs）因其较大的非线性极化率、无双折射特性、宽透光范围（0.9–17 μm）、高热导率以及高激光损伤阈值[2,3]，成为中红外DFG激光源极具吸引力的材料。本文报道了利用OP-GaAs晶体通过DFG方法产生覆盖12.65–15 μm波段的宽调谐中红外辐射。

    关键词： 中红外、差频产生、取向图案化砷化镓、可调谐激光源、分子光谱学、痕量气体检测

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • [IEEE 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) - 单环充气光子晶体光纤中的双色泵浦宽带相干反斯托克斯拉曼散射

    摘要： 在环境监测和医学领域，对百万分之一（ppm）及以下浓度水平的痕量气体进行选择性检测与化学分析至关重要。光谱技术具有高度的气体类型选择性，被广泛用于测量特定分子种类的浓度。拉曼光谱具有两大关键优势：其一，泵浦波长可自由选择，且不受气体吸收谱线限制；其二，所有气体中最高的拉曼频移是氢气125太赫兹的振动跃迁，这意味着只需一台光谱仪就能检测所有已知的拉曼活性分子。 我们报道了采用双色泵浦的单环空心光子晶体光纤（SR-PCF）相干反斯托克斯拉曼光谱（CARS）技术。SR-PCF提供的长共线光程显著增强了拉曼相互作用效率，且充有气体的SR-PCF具有可通过压力调节的零色散波长。通过选择适当压力，可使色散在可见光波段呈现反常色散，同时在紫外波段保持正常色散。在此条件下，通过精细调节压力使退相位最小化，可见光泵浦产生的拉曼相干可用于紫外光二次泵浦的反斯托克斯信号相位匹配生成。这种设计将"制备"泵浦与"读出"泵浦在光谱上分离。紫外波段较低的退相位速率使得沿整个光纤长度高效产生所有已知拉曼活性气体分子的抗斯托克斯信号成为可能——这相比其他光谱技术具有显著优势。 双色泵浦方案克服了CARS技术中非共振背景（NRB）导致的主要检测限问题。其原理在于NRB是泵浦与种子脉冲重叠时才存在的准瞬时效应。虽然这也是拉曼激发的必要条件，但由此产生的相干波在通过分子间碰撞弛豫前具有纳秒级寿命。因此通过适当延迟读出泵浦脉冲，可抑制NRB。图1(a)展示了当读出泵浦与斯托克斯种子重叠时，测得的缓冲气体氮气中两种痕量气体（500ppm氢气和600ppm甲烷）的CARS光谱；图1(b)则显示泵浦相对斯托克斯种子延迟2纳秒时，20ppm氢气与350ppm甲烷的CARS光谱。如图所示，SR-PCF中的双色泵浦CARS方案将NRB降低了120分贝，使检测限提升15分贝，在仅需20千瓦峰值泵浦功率条件下即可检测低至20ppm的痕量气体浓度。这种新型双色泵浦CARS方法在环境监测和医学应用中极具潜力，兼具高灵敏度、短采集时间（数秒）和多组分同步检测的优势。

    关键词： 拉曼光谱、光子晶体光纤、双色泵浦、相干反斯托克斯拉曼散射、痕量气体检测

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 基于近红外全光声光谱的十亿分之一级硫化氢检测

    摘要： 基于全光学光声光谱技术的高灵敏度痕量硫化氢（H2S）气体传感方案被证实。采用高功率掺铒光纤放大近红外激光作为声学激励光源，同时通过配备白光干涉读出的光纤悬臂梁麦克风测量二次谐波光声信号。为提升灵敏度，解调后的数字光声信号经虚拟锁相放大器处理。连续H2S测量实验显示其实时响应能力，在1576.29纳米波长下以10秒测量时间实现33ppb的检测限。由于激励光与探测光均通过光纤传输，该传感系统具有远程检测和抗电磁干扰的优势。

    关键词： 痕量气体检测、光声光谱技术、光纤传感、悬臂梁麦克风、近红外激光

    更新于2025-09-10 09:29:36