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安光所在拉曼光譜氣體檢測(cè)研究方面取得進(jìn)展


  來源: 中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所 時(shí)間:2024-10-12 編輯:清風(fēng)
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近日,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所方勇華研究員團(tuán)隊(duì)在腔增強(qiáng)拉曼光譜氣體檢測(cè)研究方面取得新進(jìn)展,相關(guān)研究成果以《用于痕量氣體檢測(cè)的拋物面鏡腔增強(qiáng)拉曼光譜》為題發(fā)表于國際知名光學(xué)Top期刊《光學(xué)快報(bào)》,博士研究生苗俊芳為論文第一作者,博士后李振鋼為論文通訊作者。

多組分氣體檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)檢測(cè)方法(如半導(dǎo)體氣體傳感、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等),拉曼光譜技術(shù)可以利用單束激光同時(shí)檢測(cè)多種氣體成分。然而,受限于微弱的拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度,傳統(tǒng)的腔增強(qiáng)檢測(cè)方法無法同時(shí)兼顧拉曼信號(hào)的激發(fā)效率和收集效率,檢測(cè)靈敏度有待加強(qiáng)。

針對(duì)此問題,苗俊芳與李振鋼等人基于拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度分布模型,設(shè)計(jì)了一種多次反射激發(fā)腔與拋物面鏡收集腔相結(jié)合的氣體檢測(cè)系統(tǒng)(PM-CERS),精確耦合多次反射腔的激光匯聚點(diǎn)與拋物面鏡收集腔的焦點(diǎn),同時(shí)提高了拉曼信號(hào)的激發(fā)與收集效率,使拉曼信號(hào)強(qiáng)度得到了顯著提升,解決了現(xiàn)有腔增強(qiáng)拉曼檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢測(cè)靈敏度低等技術(shù)難題。

研究團(tuán)隊(duì)使用PM-CERS對(duì)實(shí)驗(yàn)室空氣樣本進(jìn)行了檢測(cè)分析,結(jié)果表明該裝置在0.5秒曝光時(shí)間內(nèi)對(duì)二氧化碳的檢測(cè)限可達(dá)100ppm。與傳統(tǒng)多通腔增強(qiáng)拉曼光譜系統(tǒng)(CERS)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明PM-CERS的檢測(cè)靈敏度相較于CERS提升了約5.6倍。

為進(jìn)一步分析系統(tǒng)的檢測(cè)性能,將積分時(shí)間延長(zhǎng)到200s,PM-CERS對(duì)于二氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)限達(dá)到了16 ppm。在檢測(cè)的空氣拉曼光譜中,我們還成功識(shí)別出碳氧同位素光譜特征,進(jìn)一步驗(yàn)證了該裝置在醫(yī)學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

此外,該研究成果獲得了一項(xiàng)國家發(fā)明專利授權(quán)(ZL202311254742.2)。

本研究由安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助。

文章鏈接:https://opg.optica.org/ol/abstract.cfm?doi=10.1364/OL.534842


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