光致熱彈光譜(Laser-Induced Thermoelastic Spectroscopy，簡(jiǎn)稱(chēng)LITES)是2018年由馬欲飛教授團隊首次提出的一種光譜式氣體傳感技術(shù)。該技術(shù)具有選擇性強、靈敏度高、響應迅速等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)基于石英音叉熱彈效應的光探測器具有極大的響應帶寬，能夠克服傳統光電探測器光譜響應范圍窄的缺點(diǎn)。該技術(shù)可用于氣體的全波段光譜檢測，在工業(yè)生產(chǎn)、醫療診斷及火災預警等領(lǐng)域有著(zhù)十分重要的應用價(jià)值。隨著(zhù)研究的深入，光致熱彈光譜已被證明是一種穩定且靈敏度高的氣體傳感技術(shù)。 

為提高光致熱彈光譜傳感性能，課題組從增大激光功率、增加氣體吸收程和使用新型低頻石英音叉探測3個(gè)維度對氣體傳感系統進(jìn)行優(yōu)化升級，實(shí)現了對目標氣體的高靈敏度測量。課題組通過(guò)使用摻鉺光纖放大器增大激光功率，并設計了一個(gè)新型的光斑密集型光學(xué)多通池作為氣體吸收池，同時(shí)為了獲得更大的探測信號，設計了一款新型的低頻石英音叉作為探測元件，與常見(jiàn)的商用石英音叉相比，頻率下降了約70%，并能提供更長(cháng)的能量積累時(shí)間，極大提升了光致熱彈光譜系統的檢測性能。課題組依據搭建的C₂H₂-LITES傳感器濃度測試結果，證明了系統具有優(yōu)異的濃度線(xiàn)性響應，使用新型石英音叉的探測靈敏度更高，檢測性能是使用商用石英音叉的近2倍。

馬欲飛教授為論文唯一通訊作者，課題組碩士研究生劉亞輝為論文第一作者，課題組博士研究生喬順達和孫海岳、碩士研究生房超、何應副教授及儀器學(xué)院劉儉教授等參與相關(guān)研究工作。

該研究獲國家自然科學(xué)基金(優(yōu)秀青年基金、重點(diǎn)項目)、哈工大青年科學(xué)家工作室等項目資助。

LITES傳感器結構示意圖

(a)石英音叉實(shí)物圖 (b)商用石英音叉（綠色）和新型石英音叉（紅色）的頻率響應曲線(xiàn)

C2H2-LITES傳感器的濃度測試結果：

(a)使用商用石英音叉時(shí)的2f信號 (b)使用新型石英音叉時(shí)的2f信號

(c)使用商用石英音叉時(shí)的濃度線(xiàn)性響應 (d)使用新型石英音叉時(shí)的濃度線(xiàn)性響應

論文鏈接:https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2024.230230

文章來(lái)源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)官方網(wǎng)站