長光程共振式二氧化碳氣體光聲傳感器研究

李振鋼，司趕上，寧志強，劉家祥，方勇華*，程 真，斯貝貝，楊長平

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，環境光學與技術重點實驗室，安徽 合肥 230031 2.中國科學技術大學，安徽 合肥 230026

引 言

光聲光譜技術具有靈敏度高、選擇性好、響應快速等優點受到廣泛關注，其大量應用于醫學診斷、工業控制、大氣監測以及燃燒分析等方面[1-2]。隨著工業化的發展，石油、煤炭等能源的燃燒加速了CO2的排放，導致冰川融化、海平面上升、極端天氣等環境問題[3-4]。國內外標準普遍要求室內CO2濃度應低于1 000×10-6，長期處于高濃度CO2環境，會使人體產生注意力不集中、機能混亂等癥狀。

近年來，國內外許多學者基于光聲效應開發了CO2氣體檢測傳感器。Huber等設計了一種小型化的CO2光聲檢測裝置，用于室內空氣質量和空調冷卻系統的監測[5]。張建鋒等利用大氣中濃度恒定的氧氣，構建了一種可在線校準的大氣CO2濃度光聲光譜監測系統[6]。Liu等研制了一種復合型光聲諧振腔，使用激光器掃描CO2位于2 004 nm的吸收峰，在100 s的積分時間下，實現了12×10-6的最低可探測濃度[7]。Qiao等利用量子級聯激光器，以強度調制的方式激發CO2在4 420 nm附近的吸收譜線，調制的頻率與光聲池共振頻率相同，在100 s的積分時間內，最低檢測極限提高至1×10-6[8]。張佳薇等以中心波長為1 580 nm的激光器作為光源，搭建了一套用于植株固碳檢測的石英增強型光聲檢測系統，對于CO2氣體的最低檢測限為65×10-6[9]。

但上述文獻大多只使用了聲共振的原理，而未考慮增加氣體的吸收路徑。……