电学调制相消与蓝光LD驱动的高灵敏NO2传感器设计优化

本文研究了一种基于电学调制相消法和高功率蓝光发光二极管（LD）的离轴石英增强光声光谱（QEPAS）二氧化氮（NO2）传感器的设计和优化。这项工作发表在《物理学报》上，属于研究论文类别，发表于2015年第13期，卷号64。作者团队来自山西大学激光光谱研究所和量子光学与光量子器件国家重点实验室，他们的目标是开发出一款高灵敏度的NO2传感器，以满足现代工业、农业、环境监测、生物技术和航空航天领域的需求。 核心设计中，采用了450纳米的高功率多模蓝光LD作为激发光源，利用电学调制相消法来显著降低背景噪声，将噪声降低到了1/269。在标准大气压和1秒积分时间内，传感器的探测灵敏度达到了4.5 parts per billion (ppb)，对应的噪声等效吸收系数（1σ）低至2.2×10^-8 cm^-1·W/Hz^1/2，显示出其卓越的灵敏度和低噪声性能。通过延长积分时间至46秒，灵敏度进一步降低至0.34 ppb，显示出在长时间测量中的稳定性。 石英增强光声光谱技术的独特之处在于它利用音叉式石英晶体作为声波探测器，仅对特定频率（32.768 kHz）的声波有响应，这使得它在对抗环境噪声方面具有明显优势。与传统光声光谱技术相比，QEPAS传感器具有体积小巧、成本较低、设计简单的优点，特别适合于小型化和便携应用。 此外，文章还探讨了气体流速对传感器性能的影响，这表明传感器在实际应用中需要考虑如何优化测量条件以获得最佳性能。关键词包括电学调制相消法、石英增强光声光谱、离轴石英增强光声光谱传感器以及高功率激光管，展示了研究工作的技术基础和应用前景。该研究的工作代码doi为10.7498/aps.64.130701，对相关领域的科研人员和工程师来说，这是一项重要的技术创新和优化成果。