光纤引导石英增强光声光谱系统：小型化痕量气体检测

"基于石英增强光声光谱技术的开放光路气体传感系统研究* (2013年)" 本文是一篇工程技术领域的论文，详细探讨了一种创新的开放光路气体传感系统，该系统利用石英增强光声光谱（Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy，简称QEPAS）技术，解决了传统QEPAS系统存在的体积大、实时性差以及无法在狭小空间中进行痕量气体探测的问题。作者团队来自重庆大学的光电工程学院。 在传统的QEPAS系统中，由于其设计限制，通常难以适应紧凑环境下的气体检测需求。为克服这些缺点，研究人员提出了一种新的设计方案，即通过光纤引导激光到石英音叉（Tuning Fork, TF）的两个叉指中心，以此实现对狭窄空间内痕量气体的高灵敏度探测。这种光纤引导的方式不仅提高了系统的紧凑性和实时性，还增强了其在复杂环境中的适应性。 实验部分，该团队建立了一个用于检测常温常压下空气中水蒸气含量的实验系统。通过实验，他们测量到了系统的归一化噪声系数，约为7.15×10^-7 cm^-1・W/Hz^1/2，这个数值比传统聚焦模式的QEPAS系统高出了大约5倍，显示出更高的探测灵敏度。这表明新系统在气体检测的精度上有了显著提升。 此外，新系统的一个重要优势在于其小型化设计，它不需要样本取样，适合在开放环境中对痕量气体进行实时监测。这一特性使得该系统在环境监控、工业生产过程控制、安全检测等领域具有广泛的应用潜力。例如，它可以用于空气质量监测，特别是在受限空间如管道、密闭容器或者危险区域的气体泄漏检测。 这项研究为气体传感技术带来了重要的进展，尤其是对于需要在有限空间内进行高灵敏度气体检测的场合，该开放光路QEPAS系统提供了极具前景的解决方案。其设计思路和实验结果对于未来同类技术的发展与优化提供了宝贵的参考。