近日，哈尔滨工业大学马欲飞、于欣课题组与美国莱斯大学(Rice University) Frank K. Tittel教授课题组合作，实现了一种新型微纳光纤倏逝波型石英增强光声光谱（QEPAS）技术，弥补了传统光纤倏逝波气体传感技术检测灵敏度低、制作过程复杂、系统庞大昂贵等缺点。

痕量气体传感技术广泛应用在环境监测、排放物监测、载人航天、生命医学、燃烧过程研究等领域。目前痕量气体检测技术主要以单点测量为主，难以实现远距离、空间分辨测量。

石英增强光声光谱(QEPAS)技术是近些年发展起来的一种新型气体传感技术。与传统的光声光谱技术不同，QEPAS技术使用石英音叉作为声波探测元件。与其它吸收光谱技术相比，QEPAS技术的优势在于：探测灵敏度高，一般可以达到ppm~ppt量级，能够满足痕量气体监测的要求；其次，探测范围广，响应时间快；再者，系统体积功耗小，环境适应性强，适用场合多。

哈尔滨工业大学马欲飞课题组一直致力于基于QEPAS技术的超高灵敏度痕量气体检测研究，近年来研究成果多次发表在Applied Physics Letters上[107, 021106 (2015); 108, 091115 (2016); 110, 031107 (2017)]。

近期，该联合团队提出将QEPAS技术与光纤倏逝波技术相结合，充分利用光纤抗恶劣环境、抗电磁干扰、传输损耗低、传输距离远等优点，通过拉制直径1 μm左右的光纤锥（如图1所示），用以激发光纤倏逝场。采用廉价微型石英音叉进行声波信号探测，实现了一种新型微纳光纤倏逝波型QEPAS技术，弥补了传统光纤倏逝波气体传感技术检测灵敏度低、制作过程复杂、系统庞大昂贵等缺点，同时进一步压缩了QEPAS系统体积、改进了光学系统的稳定性。最终，成功将该技术应用在远距离(3 km)分布反馈乙炔(C2H2)痕量气体测量中。在多个测试点上，该传感器的探测极限均达到几十ppm量级，系统响应迅速。在不同气体浓度的测试下，该传感器具有良好的浓度线性响应度（R-square=0.99，如图2所示）。

图1 传感器中所用的直径1 μm光纤

图2 (a) 不同浓度下的传感器信号强度； (b) 传感器线性响应度

该研究成果以Long distance, distributed gas sensing based on micro-nano fiber evanescent wave quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy为题发表在Applied Physics Letters [111, 241102 (2017)]上。

马欲飞简介：http://homepage.hit.edu.cn/mayufei

文章链接：http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5003121