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Dense Multibutterfly Spots-Enhanced Miniaturized Optical Fiber Photoacoustic Gas Sensor

化学 光学 生物医学中的光声成像 光纤 吸收(声学) 光声效应 管(容器) 斑点 探测器 分析化学(期刊) 材料科学 物理 物理化学 复合材料 色谱法
作者
Xinyu Zhao,Hongchao Qi,Heng Wang,Xiaona Wang,Min Guo,Wei Peng,Ke Chen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (14): 5554-5559 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c00005
摘要

A miniaturized optical fiber photoacoustic gas sensor enhanced by dense multibutterfly spots is reported for the first time. The principle of space light transmission of neglecting paraxial approximation is theoretically analyzed for designing a dense multibutterfly spots-based miniature multipass cell. In a multipass photoacoustic tube with a diameter of 16 mm, the light beam is reflected about a hundred times. The light spots on the mirror surfaces at both ends of the photoacoustic tube form a dense multibutterfly distribution. The volume of the micro multipass gas chamber is only 5.3 mL. An optical fiber cantilever based on F–P interference is utilized as a photoacoustic pressure detector. Compared with that of the single-pass structure, the gas detection ability of the photoacoustic system with dense multibutterfly spots is improved by about 50 times. The proposed miniaturized sensor realizes a detection limit of 3.4 ppb for C2H2 gas with an averaging time of 100 s. The recognized coefficients of minimum detectable absorption (αmin) and normalized noise equivalent absorption are 1.9 × 10–8 cm–1 and 8.4 × 10–10 W cm–1 Hz–1/2, respectively.
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