基于2.004 μm的離軸石英音叉增強型光聲光譜測量CO2的研究

解穎超， 王瑞峰， 曹 淵， 劉 錕， 高曉明

1. 中國科學院合肥物質科學研究院安徽光學精密機械研究所， 安徽 合肥 230031 2. 中國科學技術大學科學島分院， 安徽 合肥 230026

引 言

光聲光譜技術是一種間接的光譜吸收技術， 相對于傳統的吸收光譜技術， 具有高靈敏度、 線性度好、 響應范圍寬、 系統便攜等優點， 已經成為一種有效檢測氣體的手段[1]。 在傳統的光聲光譜技術中， 基本都采用麥克風來探測光聲信號， 但是麥克風本身的靈敏度具有局限性。 2003年芬蘭的Wilcken等采用懸臂代替麥克風， 可以實現更高的探測靈敏度， 但是這種懸臂增強型光聲光譜技術需要采用光學干涉儀來測量懸臂對光聲信號的響應， 導致系統結構復雜， 體積增大， 成本增加[2]。 中國科學院劉錕等提出一種基于壓電薄膜的懸臂光聲光譜技術， 系統結構方面得到了極大簡化， 但檢測靈敏度方面有待進一步研究與提升[3]。 2002年， 美國Rice大學的Tittle等報道了一種利用石英音叉晶振作為光聲信號探測器的光聲光譜新技術， 稱為石英音叉增強型光聲光譜(quartz enhanced photoacoustic spectroscopy, QEPAS)[4]。 QEPAS主要特色是測量模塊體積非常小， 品質因數Q值很高(常壓下～10 000)， 抑制環境噪聲能力強等， 已經成為光聲光譜領域快速發展的一個方向[1, 5-7]。 國內外學者在此基礎上對其進行了不斷的探索和研究。 為了提高探測靈敏度， 一般在光路同軸的石英音叉兩側各加一個聲管， 稱為同軸QEPAS。 2004年， Tittle用同軸QEPAS技術裝置測量氨氣的檢測極限達到了0.6 μL·L-1[8]。 2016年， Zheng等提出了同軸單管QEPAS， 檢測靈敏度是傳統的QEPAS的四倍[9]。……