项目名称: 高灵敏度中红外光纤倏逝波型多音叉增强光声光谱痕量气体传感技术研究

项目编号: No.61505041

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 马欲飞

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 气体传感技术可有效地检测痕量气体成分及浓度,对于基础科学和应用技术研究都具有非常重要的意义。本项目将对基于新颖中红外量子级联激光器(QCL)的石英增强光声光谱(QEPAS)高灵敏气体传感技术展开研究。而针对QCL QEPAS技术中提高系统稳定性和系统探测能力的关键难题,构建基于中红外QCL和中红外氟化物玻璃实芯单模光纤结构的新型中红外光纤倏逝波型QEPAS气体传感技术,并创造性地采用多个石英音叉进行声波信号探测,首次构造多音叉增强光声光谱技术(M-QEPAS)。本项目深入研究QEPAS技术中的核心元件石英音叉共振频率特性对光纤倏逝波型M-QEPAS技术的性能影响,并探索建立完整正确的微共振腔声波传输理论模型,用于该技术的优化设计。即本研究将首先构建一种新型传感技术,并通过关键科学问题的研究提高其性能水平,最终为高灵敏度气体传感技术提供新型技术手段和科学指导。

中文关键词: 痕量物质探测;石英增强光声光谱;中红外量子级联激光器;光纤倏逝波

英文摘要: Gas sensing technology can be used to detect composition and concentration of trace gases effectively. Therefore it has great significance for the research of basic science and applied technology. This project aims for studying of the high sensitive gas sensing technology based on novel mid-infrared quantum cascade laser(QCL) and quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy(QEPAS). For the important difficulties in improving of system stability and detection ability, fiber evanescent wave sensing technology and QEPAS sensing technology will be combined together to solve these problems and a novel fiber evanescent wave QEPAS sensing method based on QCL and mid-infrared solid core single mode fluoride fiber will be realized. Furthermore, multiple quartz tuning forks will be adopted to detect the acoustic wave signal and a multi-quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy(M-QEPAS) will be created for the first time. The key component of quartz turning fork in QEPAS sensor will have a thoroughly study to demonstrate the effect of resonant frequency on the M-QEPAS system performance. A complete and correct theoretical acoustic wave transmission model for the microresonator will be established and analyzed. It can be used for optimizing design of fiber evanescent wave M-QEPAS system. The project will invent a new type sensing technology of fiber evanescent wave M-QEPAS sensor firstly. And the sensor system performance could be enhanced by research on several scientific issues. The final purpose of the project is to provide new technical method and scientific guidance for high sensitive gas sensing technologies.

英文关键词: trace gas detection;quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy;mid-infrared quantum cascade laser;fiber evanescent wave

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