光致熱彈光譜(Laser-Induced Thermoelastic Spectroscopy，簡稱LITES)是2018年由馬欲飛教授團隊首次提出的一種光譜式氣體傳感技術(shù)。該技術(shù)具有選擇性強、靈敏度高、響應(yīng)迅速等優(yōu)點，同時基于石英音叉熱彈效應(yīng)的光探測器具有極大的響應(yīng)帶寬，能夠克服傳統(tǒng)光電探測器光譜響應(yīng)范圍窄的缺點。該技術(shù)可用于氣體的全波段光譜檢測，在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療診斷及火災(zāi)預(yù)警等領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用價值。隨著研究的深入，光致熱彈光譜已被證明是一種穩(wěn)定且靈敏度高的氣體傳感技術(shù)。 

為提高光致熱彈光譜傳感性能，課題組從增大激光功率、增加氣體吸收程和使用新型低頻石英音叉探測3個維度對氣體傳感系統(tǒng)進行優(yōu)化升級，實現(xiàn)了對目標氣體的高靈敏度測量。課題組通過使用摻鉺光纖放大器增大激光功率，并設(shè)計了一個新型的光斑密集型光學多通池作為氣體吸收池，同時為了獲得更大的探測信號，設(shè)計了一款新型的低頻石英音叉作為探測元件，與常見的商用石英音叉相比，頻率下降了約70%，并能提供更長的能量積累時間，極大提升了光致熱彈光譜系統(tǒng)的檢測性能。課題組依據(jù)搭建的C₂H₂-LITES傳感器濃度測試結(jié)果，證明了系統(tǒng)具有優(yōu)異的濃度線性響應(yīng)，使用新型石英音叉的探測靈敏度更高，檢測性能是使用商用石英音叉的近2倍。

馬欲飛教授為論文唯一通訊作者，課題組碩士研究生劉亞輝為論文第一作者，課題組博士研究生喬順達和孫海岳、碩士研究生房超、何應(yīng)副教授及儀器學院劉儉教授等參與相關(guān)研究工作。

該研究獲國家自然科學基金(優(yōu)秀青年基金、重點項目)、哈工大青年科學家工作室等項目資助。

LITES傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

(a)石英音叉實物圖 (b)商用石英音叉（綠色）和新型石英音叉（紅色）的頻率響應(yīng)曲線

C2H2-LITES傳感器的濃度測試結(jié)果：

(a)使用商用石英音叉時的2f信號 (b)使用新型石英音叉時的2f信號

(c)使用商用石英音叉時的濃度線性響應(yīng) (d)使用新型石英音叉時的濃度線性響應(yīng)

論文鏈接:https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2024.230230

文章來源：哈爾濱工業(yè)大學官方網(wǎng)站