共振光聲光譜系統中橢球形光聲池的理論分析

王巧云，尹翔宇，楊 磊，邢凌宇

東北大學信息科學與工程學院，遼寧 沈陽 110819

引 言

氣體檢測對于現代工業發展十分重要，由于激光光聲光譜技術在微痕量氣體檢測方面具有檢測靈敏度高、選擇性強等優點，使得其在電力設施在線監測，大氣環境監測，醫學臨床診斷及工業控制等領域具有廣闊的應用前景[1-4]。

光聲光譜是利用氣體光聲效應的光譜技術。由于激光技術的不斷發展，光聲光譜技術也隨之進步明顯。光聲池是氣體產生光聲效應的載體，其設計是影響光聲光譜儀性能的重要因素。2012年, 中國科學院譚松、劉萬峰等使用量子級聯激光器結合赫姆赫茲光聲池, 實現了對甲烷氣體的高靈敏度檢測。2016年，劉麗嫻等用T型光聲池對二氧化碳等氣體實現了低共振頻率檢測[5]。2017年，大連理工大學宮振峰提出了一種半開腔式縱向共振光聲池設計結構，對乙炔氣體的檢測靈敏度下線達到了8.1×10-8cm-1 [6]。近幾年的光聲池設計主要采用一階聲學諧振腔，目前最常采用的結構是一階圓柱形諧振腔[7-10]。由于激光光源和微音器的發展已經達到了一定水平，對于提高光聲光譜系統靈敏度有了一定的限制，因此，本文通過對高靈敏度的光聲池進行研究，在現有圓柱形光聲池上進行改進，設計得到橢球形共振光聲池。分析得到橢球形光聲池內光聲信號更容易得到共振增強，且在相同長度和中心半徑下橢球形光聲池產生的聲壓信號更大，具有更好的性能。

研……