近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所方勇華研究員團(tuán)隊(duì)在腔增強(qiáng)拉曼光譜氣體檢測(cè)研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《用于痕量氣體檢測(cè)的拋物面鏡腔增強(qiáng)拉曼光譜》為題發(fā)表于國(guó)際知名光學(xué)Top期刊《光學(xué)快報(bào)》，博士研究生苗俊芳為論文第一作者，博士后李振鋼為論文通訊作者。

多組分氣體檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)檢測(cè)方法（如半導(dǎo)體氣體傳感、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等），拉曼光譜技術(shù)可以利用單束激光同時(shí)檢測(cè)多種氣體成分。然而，受限于微弱的拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度，傳統(tǒng)的腔增強(qiáng)檢測(cè)方法無(wú)法同時(shí)兼顧拉曼信號(hào)的激發(fā)效率和收集效率，檢測(cè)靈敏度有待加強(qiáng)。

針對(duì)此問(wèn)題，苗俊芳與李振鋼等人基于拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度分布模型，設(shè)計(jì)了一種多次反射激發(fā)腔與拋物面鏡收集腔相結(jié)合的氣體檢測(cè)系統(tǒng)（PM-CERS），精確耦合多次反射腔的激光匯聚點(diǎn)與拋物面鏡收集腔的焦點(diǎn)，同時(shí)提高了拉曼信號(hào)的激發(fā)與收集效率，使拉曼信號(hào)強(qiáng)度得到了顯著提升，解決了現(xiàn)有腔增強(qiáng)拉曼檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢測(cè)靈敏度低等技術(shù)難題。

研究團(tuán)隊(duì)使用PM-CERS對(duì)實(shí)驗(yàn)室空氣樣本進(jìn)行了檢測(cè)分析，結(jié)果表明該裝置在0.5秒曝光時(shí)間內(nèi)對(duì)二氧化碳的檢測(cè)限可達(dá)100ppm。與傳統(tǒng)多通腔增強(qiáng)拉曼光譜系統(tǒng)（CERS）實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明PM-CERS的檢測(cè)靈敏度相較于CERS提升了約5.6倍。

為進(jìn)一步分析系統(tǒng)的檢測(cè)性能，將積分時(shí)間延長(zhǎng)到200s，PM-CERS對(duì)于二氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)限達(dá)到了16 ppm。在檢測(cè)的空氣拉曼光譜中，我們還成功識(shí)別出碳氧同位素光譜特征，進(jìn)一步驗(yàn)證了該裝置在醫(yī)學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

此外，該研究成果獲得了一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)（ZL202311254742.2）。

本研究由安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助。

文章鏈接：https://opg.optica.org/ol/abstract.cfm?doi=10.1364/OL.534842