光致熱彈光譜(Laser-Induced Thermoelastic Spectroscopy，簡(jiǎn)稱LITES)是2018年由馬欲飛教授團(tuán)隊(duì)首次提出的一種光譜式氣體傳感技術(shù)。該技術(shù)具有選擇性強(qiáng)、靈敏度高、響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)基于石英音叉熱彈效應(yīng)的光探測(cè)器具有極大的響應(yīng)帶寬，能夠克服傳統(tǒng)光電探測(cè)器光譜響應(yīng)范圍窄的缺點(diǎn)。該技術(shù)可用于氣體的全波段光譜檢測(cè)，在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療診斷及火災(zāi)預(yù)警等領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著研究的深入，光致熱彈光譜已被證明是一種穩(wěn)定且靈敏度高的氣體傳感技術(shù)。 

為提高光致熱彈光譜傳感性能，課題組從增大激光功率、增加氣體吸收程和使用新型低頻石英音叉探測(cè)3個(gè)維度對(duì)氣體傳感系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)氣體的高靈敏度測(cè)量。課題組通過使用摻鉺光纖放大器增大激光功率，并設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的光斑密集型光學(xué)多通池作為氣體吸收池，同時(shí)為了獲得更大的探測(cè)信號(hào)，設(shè)計(jì)了一款新型的低頻石英音叉作為探測(cè)元件，與常見的商用石英音叉相比，頻率下降了約70%，并能提供更長的能量積累時(shí)間，極大提升了光致熱彈光譜系統(tǒng)的檢測(cè)性能。課題組依據(jù)搭建的C₂H₂-LITES傳感器濃度測(cè)試結(jié)果，證明了系統(tǒng)具有優(yōu)異的濃度線性響應(yīng)，使用新型石英音叉的探測(cè)靈敏度更高，檢測(cè)性能是使用商用石英音叉的近2倍。

馬欲飛教授為論文唯一通訊作者，課題組碩士研究生劉亞輝為論文第一作者，課題組博士研究生喬順達(dá)和孫海岳、碩士研究生房超、何應(yīng)副教授及儀器學(xué)院劉儉教授等參與相關(guān)研究工作。

該研究獲國家自然科學(xué)基金(優(yōu)秀青年基金、重點(diǎn)項(xiàng)目)、哈工大青年科學(xué)家工作室等項(xiàng)目資助。

LITES傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

(a)石英音叉實(shí)物圖 (b)商用石英音叉（綠色）和新型石英音叉（紅色）的頻率響應(yīng)曲線

C2H2-LITES傳感器的濃度測(cè)試結(jié)果：

(a)使用商用石英音叉時(shí)的2f信號(hào) (b)使用新型石英音叉時(shí)的2f信號(hào)

(c)使用商用石英音叉時(shí)的濃度線性響應(yīng) (d)使用新型石英音叉時(shí)的濃度線性響應(yīng)

論文鏈接:https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2024.230230

文章來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)官方網(wǎng)站