3月16日，科學(xué)合肥物質(zhì)安光所方勇華研究員團(tuán)隊(duì)提出差分光聲受激拉曼(DPA-SRS)方法，將光聲光譜的高靈敏度與拉曼光譜的指紋識(shí)別能力融合，在常壓背景下實(shí)現(xiàn)了氫氣(H?)的亞ppm探測(cè)，為在復(fù)雜的工業(yè)背景下實(shí)現(xiàn)氫氣的靈敏、實(shí)時(shí)指紋識(shí)別提供了新思路。相關(guān)研究成果以“Differential photoacoustic-        stimulated/WWW.SHZY4.COM/ Raman/www.shhzy3.cn. spectroscopy

(DPA-SRS)                   for high-sensitivity hydrogen、www.zghq5.com/ detection”為題發(fā)表于儀器儀表類一區(qū)Top期刊Photoacoustics。

  H2作為未來(lái)的*清潔能源，其安全性監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。然而，這種“紅外非活性”分子由于缺乏偶極矩，無(wú)法產(chǎn)生有效的紅外吸收，導(dǎo)致傳統(tǒng)的吸收光譜技術(shù)在原理上難以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的高靈敏度探測(cè)。

  傳統(tǒng)光聲光譜技術(shù)基于吸收光譜原理無(wú)法直接對(duì)氫氣實(shí)現(xiàn)高靈敏度探測(cè)。拉曼光譜技術(shù)雖然具有的氣體指紋識(shí)別能力，天然適用于H?等同核雙原子分子。然而，自發(fā)拉曼散射的效率極低(散射截面通常比瑞利散射低3-6個(gè)數(shù)量級(jí))，導(dǎo)致信號(hào)極其微弱，極大地限制了其在痕量氣體檢測(cè)中的應(yīng)用潛力。

  針對(duì)上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了一種深度融合受激拉曼物理過(guò)程與熱聲轉(zhuǎn)化機(jī)制的DPA-SRS探測(cè)方法。該方法巧妙利用受激拉曼(SRS)過(guò)程將部分泵浦光轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于H?拉曼頻移的強(qiáng)斯托克斯光，構(gòu)建起與H?分子能級(jí)*匹配的雙色激勵(lì)源(532 、WWW.shyb9.com/nm & 683 nm)，新躍儀表廠這兩束天然嚴(yán)格共線的光束進(jìn)入光聲池后，誘導(dǎo)H?分子發(fā)生受激拉曼躍遷；隨后，處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)的分子通過(guò)無(wú)輻射碰撞(V-T)弛豫，瞬間將能量轉(zhuǎn)化為宏觀的局部熱能并激發(fā)聲波。這一物理過(guò)程將極微弱的非彈性散射效應(yīng)，轉(zhuǎn)化為了高增益、可宏觀測(cè)量的聲學(xué)信號(hào)，*賦予了光聲光譜(PAS)對(duì)H2的指紋識(shí)別能力。

  此外，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了拉曼頻移的非線性光學(xué)轉(zhuǎn)換機(jī)制與聲腔共振特性，并構(gòu)建了緊湊的痕量H?檢測(cè)系統(tǒng)。為了獲得*強(qiáng)的光聲激發(fā)信號(hào)，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了拉曼池內(nèi)氣體壓力對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響。 實(shí)驗(yàn)表明-、WWW.shyb9.com/sensitivity、www.shsaic.nethydrogen detection，通過(guò)將拉曼池壓強(qiáng)優(yōu)化至13 atm，有效實(shí)現(xiàn)了斯托克斯光轉(zhuǎn)換率與四波混頻效應(yīng)的協(xié)同增強(qiáng)。結(jié)合設(shè)計(jì)的差分式H型共振光聲池以及微弱信號(hào)處理算法，在常壓背景下實(shí)現(xiàn)了低至1 ppm H?光聲信號(hào)的有效提取以及0.65 ppm的*低檢測(cè)限(3σ)，該研究不僅突破了傳統(tǒng)PAS技術(shù)紅外選律的應(yīng)用瓶頸，也為復(fù)雜環(huán)境下痕量非極性氣體的檢測(cè)提供了技術(shù)路徑。

  博士生于欣為*作者，李振鋼博士后為通訊作者。本研究工作獲得了安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省自然科學(xué)基金、博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。