近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所方勇華研究員團(tuán)隊在腔增強(qiáng)拉曼光譜氣體檢測研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《用于痕量氣體檢測的拋物面鏡腔增強(qiáng)拉曼光譜》為題發(fā)表于國際知名光學(xué)Top期刊《光學(xué)快報》，博士研究生苗俊芳為論文第一作者，博士后李振鋼為論文通訊作者。 
多組分氣體檢測技術(shù)在醫(yī)學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)檢測方法(如半導(dǎo)體氣體傳感、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等)，拉曼光譜技術(shù)可以利用單束激光同時檢測多種氣體成分。然而，受限于微弱的拉曼散射信號強(qiáng)度，傳統(tǒng)的腔增強(qiáng)檢測方法無法同時兼顧拉曼信號的激發(fā)效率和收集效率，檢測靈敏度有待加強(qiáng)。
針對此問題，苗俊芳與李振鋼等人基于拉曼散射信號強(qiáng)度分布模型，設(shè)計了一種多次反射激發(fā)腔與拋物面鏡收集腔相結(jié)合的氣體檢測系統(tǒng)(PM-CERS)，精確耦合多次反射腔的激光匯聚點(diǎn)與拋物面鏡收集腔的焦點(diǎn)，同時提高了拉曼信號的激發(fā)與收集效率，使拉曼信號強(qiáng)度得到了顯著提升，解決了現(xiàn)有腔增強(qiáng)拉曼檢測裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢測靈敏度低等技術(shù)難題。
研究團(tuán)隊使用PM-CERS對實(shí)驗(yàn)室空氣樣本進(jìn)行了檢測分析，結(jié)果表明該裝置在0.5秒曝光時間內(nèi)對二氧化碳的檢測限可達(dá)100ppm。與傳統(tǒng)多通腔增強(qiáng)拉曼光譜系統(tǒng)(CERS)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果表明PM-CERS的檢測靈敏度相較于CERS提升了約5.6倍。
為進(jìn)一步分析系統(tǒng)的檢測性能，將積分時間延長到200s，PM-CERS對于二氧化碳?xì)怏w的檢測限達(dá)到了16 ppm。在檢測的空氣拉曼光譜中，我們還成功識別出碳氧同位素光譜特征，進(jìn)一步驗(yàn)證了該裝置在醫(yī)學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
此外，該研究成果獲得了一項(xiàng)國家發(fā)明專利授權(quán)(ZL202311254742.2)。
本研究由安徽省重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目資助。
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