痕量气体一般指体积浓度在ppt（10-12）到ppm（10-6）量级的气体，对痕量气体进行细心的检测在火灾预警、医学确诊以及电业安全等许多范畴都具有非常广泛的运用。依据气体的光声效应，光声光谱（Photoacoustic spectroscopy，PAS）气体传感技能应运而生，在传统的PAS技能中，运用电容式麦克风作为勘探器，直到2002年，美国莱斯大学的研讨学者将石英音叉引进到了PAS技能中，由此提出了石英增强光声光谱（Quartz-enhanced Photoacoustic spectroscopy，QEPAS）技能。在光声息体检测技能中，鼓励源是传感器体系的中心元件，其发射波长、输出功率、光束质量以及波长调谐规模均对体系的检测功能起到了决定性的效果。
现在，光声光谱气体检测技能中常用的鼓励源为散布反应式(Distributed-feedback, DFB)半导体激光器，这类激光器的输出波长较短，一般在近红外波段，而依据气体的红外吸收光谱基本理论可知，由近红外光谱区到中红外光谱区对应着大部分气体从泛频吸收带过渡到基频吸收带，吸收截面相应变大，吸收线强度将逐步变强，所以长波长激光器对光声息体传感技能来说更具有吸引力。此外，DFB半导体激光器的输出功率也较低，依据气体的吸收规律，气体吸收的激光能量与入射激光功率成正比，高功率激光可进步气体的检测活络度，因而高输出功率也是光声光谱气体传感器体系中鼓励源的开展的新趋势。关于DFB半导体激光器来说，还存在激光波长调谐规模较窄的问题，一台激光器的输出波长难以掩盖多个气体分子的吸收光谱，这导致在进行多气体检测时需要用多个激光源，增加了体系冗余，然后约束了光声光谱多气体传感器体系向集成化与小型化方向的开展。
依据可调谐单纵模固体激光器的PAS传感器体系结构示意图如图2所示，采用了强度调制技能，而且运用了共振式光声池作为光声信号的发生单元，单纵模激光激起池内气体发生光声信号后由电容式麦克风进行勘探，终究将勘探信号传输至锁相放大器进行解调来反演气体的浓度信息。
依据可调谐单纵模固体激光器的外腔QEPAS传感器体系结构示意图如图3所示，将石英音叉与单纵模固体激光器相结合，为了尽最大或许防止激光照射在音叉上引起较大的热噪声，体系中运用了离轴声学共振管，管的中心设置有开口并与音叉的叉股空隙对准，激光穿过共振管激起管内的气体发生光声信号，并依据共振原理，共振管内的声波将构成驻波场并在开口处构成声压的波腹点，声波由开口处走漏并推进音叉发生振荡，终究依据音叉的压电效应发生包括气体浓度信息的电信号。
依据可调谐单纵模固体激光器的内腔QEPAS传感器体系结构示意图如图4a所示，利用了固体激光器光谐振腔的开放性，将音叉勘探单元放置在了谐振腔内，音叉勘探单元的实物图如图4b所示，这一规划在进步体系集成度的一起也利用了腔内的高功率密度。因为固体激光器谐振腔腔长的约束，体系中运用了离轴非共振声学管。但是即便在运用非共振声学管的情况下，体系的检测功能比较于外腔QEPAS体系仍有显着进步，因而这也有力地证明了内腔QEPAS体系在气体查验测验方面具有极大的优势。
图4：(a)依据单纵模固体激光器的内腔QEPAS体系结构示意图；(b)音叉勘探单元实物图。
该研讨证明了可调谐单纵模固体激光器在光声光谱气体传感技能中具有极大的开展的潜在才能，特别光学谐振腔的开放性以及腔内的高功率密度为高集成度、高活络气体传感器体系的完成供给了或许。此外，经过改动激光作业物质，可进一步完成中红外波段的高功率激光输出，以掩盖气体的基频吸收带，以此来完成对气体愈加活络的检测。该效果为光声光谱气体传感技能中鼓励源的挑选供给了新的思路。（来历：LightScienceApplications微信大众号）
