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基于中红外量子级联激光器和石英增强光声光谱的CO超高灵敏度检测研究

马欲飞 何应 于欣 于光 张静波 孙锐

基于中红外量子级联激光器和石英增强光声光谱的CO超高灵敏度检测研究

马欲飞, 何应, 于欣, 于光, 张静波, 孙锐
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  • 采用石英增强光声光谱(QEPAS)技术对CO痕量气体展开检测研究. 为了实现超高灵敏度探测, 采用输出波长为4.6 m的新颖中红外高功率分布反馈量子级联激光器为光源, 实现了对CO气体基频吸收带的激发与测量. 在优化了调制深度、气体压强和提高了CO分子的振动-转动弛豫速率后, 获得了1.95 ppbv的优异探测极限. 在分析检测结果的过程中, 讨论了能级寿命对信号强度的影响, 并对QEPAS信号强度的表达式进行了修正.
      通信作者: 马欲飞, mayufei@hit.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61505041)、黑龙江省自然科学基金(批准号: F2015011)、中国博士后科学基金特别资助(批准号: 2015T80350)、中国博士后科学基金面上资助(批准号: 2014M560262)、黑龙江省博士后科学基金资助(批准号: LBH-Z14074)、黑龙江省博士后科学基金特别资助(批准号: LBH-TZ0602)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: HIT. NSRIF. 2015044) 和国家重大科学仪器设备开发专项(批准号: 2012YQ040164)资助的课题.
    [1]

    Bradshaw J L, Bruno J D, Lascola K M, Leavitt R P, Pham J T, Towner F J, Sonnenfroh D M, Parameswaran K R 2011 Proc. of SPIE 8032 80320D

    [2]

    Ren W, Farooq A, Davidson D F, Hanson R K 2012 Appl. Phys. B 107 849

    [3]

    Wagner S, Klein M, Kathrotia T, Riedel U, Kissel T, Dreizler A, Ebert V 2012 Appl Phys. B 109 533

    [4]

    Khalil M A K, Rasmussen R A 1984 Science 224 54

    [5]

    Logan J A, Prather M J, Wofsy S C, McElroy M B 1981 J. Geophys. Res. 86 7210

    [6]

    Kosterev A A, Bakhirkin Y A, Curl R F, Tittel F K 2002 Opt. Lett. 27 1902

    [7]

    Gong P, Xie L, Qi X Q, Wang R, Wang H, Chang M C, Yang H X, Sun F, Li G P 2015 Chin. Phys. B 24 014206

    [8]

    Dong L, Spagnolo V, Lewicki R, Tittel F K 2012 Opt. Express 19 24037

    [9]

    Liu K, Guo X Y, Yi H M, Chen W D, Zhang W J, Gao X M 2009 Opt. Lett. 34 1594

    [10]

    Liu K, Li J S, Wang L, Tan T, Zhang W J, Gao X M, Chen W D, Tittel F K 2009 Appl. Phys. B 94 527

    [11]

    Yin X K, Zheng H D, Dong L, Wu H P, Liu X L, Ma W G, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2015 Acta Phys. Sin. 64 130701 (in Chinese) [尹旭坤, 郑华丹, 董磊, 武红鹏, 刘小利, 马维光, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2015 物理学报 64 130701]

    [12]

    Ma Y F, Yu X, Yu G, Li X D, Zhang J B, Chen D Y, Sun R 2015 Appl. Phys. Lett. 107 021106

    [13]

    Liu K, Guo X Y, Yi H M, Chen W D, Zhang W J, Gao X M 2009 Opt. Lett. 34 1594

    [14]

    Borri S, Patimisco P, Galli I, Mazzotti D, Giusfredi G, Akikusa N, Yamanishi M, Scamarcio G, de Natale P, Spagnolo V 2014 Appl. Phys. Lett. 104 091114

    [15]

    Faist J, Capasso F, Sivco D L, Sirtori C, Hutchinson A L, Cho A Y 1994 Science 264 553

    [16]

    Ma Y F, Yu G, Zhang J B, Yu X, Sun R, Tittel F K 2015 Sensors 15 7596

    [17]

    Dong L, Kosterev A A, Thomazy D, Tittel F K 2010 Appl. Phys. B 100 627

    [18]

    Kosterev A A, Tittel F K, Serebryakov D V, Malinovsky A L, Morozov I V 2005 Rev. Sci. Instrum. 76 043105

    [19]

    Ma Y F, Lewicki R, Razeghi M, Tittel F K 2013 Opt. Express 21 1008

  • [1]

    Bradshaw J L, Bruno J D, Lascola K M, Leavitt R P, Pham J T, Towner F J, Sonnenfroh D M, Parameswaran K R 2011 Proc. of SPIE 8032 80320D

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    Wagner S, Klein M, Kathrotia T, Riedel U, Kissel T, Dreizler A, Ebert V 2012 Appl Phys. B 109 533

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    Khalil M A K, Rasmussen R A 1984 Science 224 54

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    Logan J A, Prather M J, Wofsy S C, McElroy M B 1981 J. Geophys. Res. 86 7210

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    Borri S, Patimisco P, Galli I, Mazzotti D, Giusfredi G, Akikusa N, Yamanishi M, Scamarcio G, de Natale P, Spagnolo V 2014 Appl. Phys. Lett. 104 091114

    [15]

    Faist J, Capasso F, Sivco D L, Sirtori C, Hutchinson A L, Cho A Y 1994 Science 264 553

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    Ma Y F, Yu G, Zhang J B, Yu X, Sun R, Tittel F K 2015 Sensors 15 7596

    [17]

    Dong L, Kosterev A A, Thomazy D, Tittel F K 2010 Appl. Phys. B 100 627

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    Kosterev A A, Tittel F K, Serebryakov D V, Malinovsky A L, Morozov I V 2005 Rev. Sci. Instrum. 76 043105

    [19]

    Ma Y F, Lewicki R, Razeghi M, Tittel F K 2013 Opt. Express 21 1008

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-10-20
  • 修回日期:  2015-12-25
  • 刊出日期:  2016-03-05

基于中红外量子级联激光器和石英增强光声光谱的CO超高灵敏度检测研究

  • 1. 哈尔滨工业大学, 可调谐激光技术国家级重点实验室, 哈尔滨 150001;
  • 2. 哈尔滨工业大学动力工程及工程热物理博士后流动站, 哈尔滨 150001
  • 通信作者: 马欲飞, mayufei@hit.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61505041)、黑龙江省自然科学基金(批准号: F2015011)、中国博士后科学基金特别资助(批准号: 2015T80350)、中国博士后科学基金面上资助(批准号: 2014M560262)、黑龙江省博士后科学基金资助(批准号: LBH-Z14074)、黑龙江省博士后科学基金特别资助(批准号: LBH-TZ0602)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: HIT. NSRIF. 2015044) 和国家重大科学仪器设备开发专项(批准号: 2012YQ040164)资助的课题.

摘要: 采用石英增强光声光谱(QEPAS)技术对CO痕量气体展开检测研究. 为了实现超高灵敏度探测, 采用输出波长为4.6 m的新颖中红外高功率分布反馈量子级联激光器为光源, 实现了对CO气体基频吸收带的激发与测量. 在优化了调制深度、气体压强和提高了CO分子的振动-转动弛豫速率后, 获得了1.95 ppbv的优异探测极限. 在分析检测结果的过程中, 讨论了能级寿命对信号强度的影响, 并对QEPAS信号强度的表达式进行了修正.

English Abstract

参考文献 (19)

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