腔增強型石英諧振光聲光譜的技術研究

《腔增強型石英諧振光聲光譜的技術研究》是依託山西大學，由董磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：腔增強型石英諧振光聲光譜的技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：董磊
• 依託單位：山西大學

項目摘要

石英諧振增強光聲光譜具有大動態範圍、快速回響時間、噪聲免疫和設備體積小的優點，並與傳統的光聲光譜具有可比的探測靈敏度。但在一些需要超高靈敏的氣體探測套用領域，如石油勘探、微電子工業、疾病診斷等，當前的探測水平還不能夠滿足需要。本項目擬把石英諧振增強光聲光譜與光學腔相結合，發展一種新型的光聲光譜技術- - 腔增強型石英諧振光聲光譜技術。其基本原理是利用光學腔內光束高功率特點和光聲光譜靈敏度與光功率成正比的特性，配合微型聲音共振腔進一步產生的信號幅值增強，使最小探測吸收預計達到10^-13cm-1，接近目前超高靈敏的探測技術- - 噪聲免疫腔增強光外差分子光譜的靈敏度。這種新型技術與其它高靈敏光學氣體探測技術不同，它不受光源波長限制，能夠被套用於從紫外到中紅外的所有探測波段中，具有廣泛的套用前景，對於當前中紅外探測技術的發展具有重大意義。

結題摘要

光聲光譜技術不僅是一種零背景探測技術，而且有著探測靈敏度與探測光功率成正比的特性；而腔增強吸收光譜技術由於光能量在光學腔內的積累，其腔內部功率密度能夠達到很高的水平。本項目正是把最新的石英增強光聲光譜技術與腔增強光譜技術結合，利用光學腔內光束高功率特點和光聲光譜靈敏度與功率依賴關係，配合微型聲音共振腔達到進一步增強其探測靈敏度的效果。在本項目的執行中，主要研究了光學腔參數配置最佳化；分析了腔鏡反射率及位置對探測靈敏度關係；最佳化了微型聲音共振腔參數；實現了光學腔與雷射頻率的鎖定；並基於此技術的研發，開發了四種不同用途的氣體感測器。最終，使新發展的腔增強型石英諧振光聲光譜技術所獲得的歸一化噪聲等價吸收係數達到8.5×10^-11Wcm^-1Hz^-1/2。儘管與最初預測的10^-13 Wcm^-1Hz^-1/2探測水平仍舊差兩個數量級，但當前的探測水平創造了石英增強光聲光譜的最低記錄。由於光聲光譜技術，不受光源波長限制，能夠被用到從紫外到太赫茲所有波段，所以具有很廣泛的套用前景。