快速响应超灵敏光声硫化氢传感器的研制

硫化氢(H2S)是一种无声的威胁，是造成许多有毒物质暴露事件的罪魁祸首，但H2S在细胞信号传导和保护以及调节多种生物功能方面的不可或缺的作用也已得到认可。因此，气体检测装置的稳定性和准确性在基础或应用研究的多学科领域中至关重要。然而，灵敏且快速的H2S检测仍然具有挑战性，尤其是在百万分之几(ppm)或更低的浓度范围内。

在发表在《光声学》杂志上的一项研究中，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(CIOMP)的王强教授和张辉教授开发了一种基于双共振光声光谱的超灵敏H2S气体传感器(考绩制度)。他们提出了一种有趣的激光腔分子锁定策略，以增加传感器响应并增强系统稳定性以进行快速和连续测量。

H2S传感器在近红外区域实现，该区域的光学技术已经成熟并可商用。它的灵敏度通过使用双谐振PAS得到增强，PAS效应增强因子为18,000，通过同时泵浦激光功率积累与光学谐振器和声能与声学谐振器实现。它的快速响应是通过专门的激光腔分子锁定实现的。锁定策略不是扫描整个光谱，而是通过两个独立的反馈回路同时锁定激光频率、腔模式和吸收线。

通过在1atm和室温下检测H2S/N2混合物，对传感器的性能进行了实验评估。噪声等效浓度(NEC)是显示灵敏度的一个因素，在1s的积分时间下确定为79ppb，导致归一化噪声等效吸收(NNEA)系数为8.9×1012W·cm-1·赫兹-1/2。NEC在200秒的积分时间进一步达到10ppb。此外，PAS-1f信号保持相当稳定。这是所提出的锁定策略的一个好处，它可以补偿由加热源引起的腔长度缓慢漂移或变化。

这些值证实了这种H2S传感器的灵敏度优于文献报道的基于QEPAS的传感器和基于CRDS的传感器，并且NNEA实现了50倍的提高。

该研究为医疗诊断、空气质量评估、煤矿瓦斯传感风险预测等需要ppb级到ppm级H2S测量的H2S准确测量提供了有力的分析工具。