中科院合肥物理所安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所團(tuán)隊(duì) 研制出高靈敏度差分亥姆霍茲光聲電池，并成功應(yīng)用于甲烷檢測(cè)。

相關(guān)研究作品發(fā)表于 Optics Express ，并入選“Editor's Pick”文章。

光聲光譜是一種間接吸收光譜技術(shù)，它通過(guò)檢測(cè)被測(cè)氣體產(chǎn)生的光聲信號(hào)來(lái)獲得氣體濃度。由于具有靈敏度高、選擇性好、零背景檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，光聲光譜被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷、燃燒分析、電力檢測(cè)等領(lǐng)域。然而，光聲檢測(cè)性能容易受到各種噪聲的影響，例如氣流噪聲和電子噪聲產(chǎn)生的非相干噪聲，以及光聲細(xì)胞壁吸收光能產(chǎn)生的相干噪聲。目前，關(guān)于同時(shí)抑制相干和非相干噪聲以及增強(qiáng)光聲信號(hào)的報(bào)道很少。

“我們的研究是基于光聲探測(cè)的原理，”帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)的方永華教授說(shuō)，“細(xì)胞具有特殊的結(jié)構(gòu)，可以讓光束在鍍金的內(nèi)壁上多次反射，從而激發(fā)更高的光聲信號(hào)。”

對(duì)于光聲細(xì)胞壁在吸收光能時(shí)產(chǎn)生的相干噪聲，他們采用波長(zhǎng)調(diào)制和二次諧波技術(shù)進(jìn)行抑制。

光聲單元的微分特性也有助于抑制非相干噪聲。還對(duì)光聲電池進(jìn)行了詳細(xì)的模擬和優(yōu)化，進(jìn)一步提高了被測(cè)氣體的置換速度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了卓越的性能。

他們后來(lái)在甲烷氣體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。光聲電池表現(xiàn)出良好的線性和靈敏度。

當(dāng)激發(fā)光源為低功率(6 mW)近紅外(1653 nm)分布式反饋激光器時(shí)，在1 s檢測(cè)時(shí)間內(nèi)達(dá)到177 ppb的最低檢測(cè)限，對(duì)應(yīng)的歸一化噪聲等效吸收系數(shù)為4.1 ×10 –10 cm–1WHZ –1/2 . 這比之前報(bào)道的歸一化噪聲等效吸收系數(shù)要準(zhǔn)確得多，后者約為 10 –8 到 10 –10 數(shù)量級(jí)。