雙諧振PAS的工作原理。ASW：聲駐波；OSW：光學(xué)駐波；QTF：石英音叉。OSW 的幅度在 QTF 的諧振頻率處進(jìn)行調(diào)制。聲學(xué)諧振器的幾何形狀是根據(jù)聲學(xué)頻率設(shè)計的。來源：光聲學(xué)（2022 年）。DOI: 10.1016/j.pacs.2022.100387

基于光聲光譜（PAS）的氣體傳感器具有可調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）的優(yōu)點，如高靈敏度、高選擇性和寬動態(tài)范圍。在實際應(yīng)用中對傳感器性能的要求越來越高。

許多工作都集中在聲諧振器以增強聲波或光學(xué)諧振器以增強光波。但是，靈敏度和動態(tài)范圍不能同時提高。

在最近發(fā)表在光聲學(xué)上的一項研究中，中國科學(xué)院（CAS）長春光學(xué)精密機械與物理研究所（CIOMP）的王震博士和王強教授開發(fā)了一種基于雙諧振PAS的新型氣體傳感器，它在厘米長的配置中結(jié)合了光學(xué)和聲學(xué)諧振器，并利用了雙駐波效應(yīng)。聲波和光波都顯著增強了幾個數(shù)量級。

通過入射激光頻率與光學(xué)諧振腔的縱向腔模之間的諧振，一對諧振腔鏡形成光駐波。高精密度光學(xué)諧振器可以顯著增加激光功率，它直接放大光聲信號。入射激光的強度調(diào)制具有與換能器相同的諧振頻率。產(chǎn)生的聲波在專門設(shè)計的一維聲諧振器中增強了兩個數(shù)量級。

在相同的實驗條件下測量了三種不同配置的 C 2 H 2線在 1531.6 nm 處的 PAS-1f 信號。組合的光聲放大提供了10 5的增強因子。用不同的C 2 H 2 /N 2混合物測試傳感器的線性響應(yīng)，傳感器在1 ppb到50 ppm范圍內(nèi)表現(xiàn)出非常好的線性響應(yīng)。進(jìn)行 Allan-Werle 偏差分析以評估長期穩(wěn)定性和最小檢測限。在平均時間為 300 s 時，噪聲等效濃度 (NEC) 可以提高到 0.5 ppt，導(dǎo)致 NEA 系數(shù)為 5.7×10 -13 cm -1. 結(jié)果，所提出的光聲氣體傳感器實現(xiàn)了1.0×10 8的動態(tài)范圍。

與最先進(jìn)的PAS氣體傳感器相比，開發(fā)的傳感器實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的靈敏度和動態(tài)范圍，為科學(xué)探索提供了有力的工具。