Research on fiber-optic cantilever-enhanced photoacoustic spectroscopy for trace gas detection

悬臂梁 光声光谱学 材料科学 光声效应 光学 激光器 光纤 光纤激光器 光纤传感器 微量气体 光电子学 干涉测量 波长 物理 气象学 复合材料
作者
Shaochen Yu,Ke Chen,Zhenfeng Gong,Xinlei Zhou,Qingxu Yu,Chao Qu,Min Guo
标识
DOI:10.1117/12.2282561
摘要

We demonstrate a new scheme of cantilever-enhanced photoacoustic spectroscopy, combining a sensitivity-improved fiber-optic cantilever acoustic sensor with a tunable high-power fiber laser, for trace gas detection. The Fabry-Perot interferometer based cantilever acoustic sensor has advantages such as high sensitivity, small size, easy to install and immune to electromagnetic. Tunable erbium-doped fiber ring laser with an erbium-doped fiber amplifier is used as the light source for acoustic excitation. In order to improve the sensitivity for photoacoustic signal detection, a first-order longitudinal resonant photoacoustic cell with the resonant frequency of 1624 Hz and a large size cantilever with the first resonant frequency of 1687 Hz are designed. The size of the cantilever is 2.1 mm×1 mm, and the thickness is 10 μm. With the wavelength modulation spectrum and second-harmonic detection methods, trace ammonia (NH3) has been measured. The gas detection limits (signal-to-noise ratio = 1) near the wavelength of 1522.5 nm is achieved to be 3 ppb.

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