(а). Результат моделирования звукового давления и (b). Схематическая диаграмма многократного отражения света в новой дифференциальной фотоакустической ячейке Гельмгольца. Кредит: Ли Чжэнган

Фотоакустическая спектроскопия — это метод спектроскопии непрямого поглощения, при котором определяется концентрация газа путем обнаружения фотоакустического сигнала, генерируемого измеряемым газом. Из-за преимуществ высокой чувствительности, хорошей селективности и обнаружения нулевого фона фотоакустическая спектроскопия широко используется в мониторинге окружающей среды, медицинской диагностике, анализе горения, определении мощности и других областях.

Однако на эффективность фотоакустического обнаружения легко влияют различные шумы, а также когерентные шумы, создаваемые стенкой фотоакустической ячейки, поглощающей световую энергию. В настоящее время имеется мало сообщений об одновременном подавлении когерентных и некогерентных шумов и усилении фотоакустических сигналов.

«Наше исследование основано на принципе фотоакустического обнаружения, — сказал профессор Фан Юнхуа, возглавлявший группу, — клетка имеет особую структуру, которая позволяет лучу света многократно отражаться от позолоченной внутренней стенки. и, таким образом, возбуждает более высокий фотоакустический сигнал».

Моделирование скорости замещения измеряемого газа; (а). положение соединительной трубки не оптимизировано; (б). положение соединительной трубки было оптимизировано. Кредит: Ли Чжэнган

(а). Принципиальная схема установки фотоакустического обнаружения; (б). схема механической структуры фотоакустической ячейки. Кредит: Ли Чжэнган

Что касается когерентного шума фотоакустической стенки клетки, создаваемого при поглощении световой энергии, то для его подавления использовали модуляцию длины волны и технологию второй гармоники.

Дифференциальные свойства фотоакустической ячейки также помогли подавить некогерентный шум. Фотоакустическая ячейка также была детально смоделирована и оптимизирована, что еще больше повысило скорость замены измеряемого газа при одновременном достижении превосходных характеристик.

Позже исследователи протестировали его в эксперименте по обнаружению газа метана, и фотоакустическая ячейка показала хорошую линейность и чувствительность.

Когда источником возбуждающего света был маломощный (6 мВт) ближний инфракрасный (1653 нм) лазер с распределенной обратной связью, минимальный предел обнаружения 177 частей на миллиард был достигнут в течение одной секунды обнаружения, а соответствующий нормализованный шумовой эквивалентный коэффициент поглощения составлял 4,1. ×10 ^–10 см–1WHZ ^–1/2 . Это было гораздо более точным, чем приведенные ранее нормированные коэффициенты поглощения шумового эквивалента, которые составляли примерно от 10 ^-8 до 10 ^-10 порядка.