近日，中國科學院合肥物質(zhì)院安光所方勇華研究員團隊在腔增強拉曼光譜氣體檢測研究方面取得新進展，相關研究成果以《用于痕量氣體檢測的拋物面鏡腔增強拉曼光譜》為題發(fā)表于國際知名光學Top期刊《光學快報》，博士研究生苗俊芳為論文第一作者，博士后李振鋼為論文通訊作者。

多組分氣體檢測技術在醫(yī)學分析、環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)控制等領域具有廣泛應用。相比于傳統(tǒng)檢測方法（如半導體氣體傳感、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術等），拉曼光譜技術可以利用單束激光同時檢測多種氣體成分。然而，受限于微弱的拉曼散射信號強度，傳統(tǒng)的腔增強檢測方法無法同時兼顧拉曼信號的激發(fā)效率和收集效率，檢測靈敏度有待加強。

針對此問題，苗俊芳與李振鋼等人基于拉曼散射信號強度分布模型，設計了一種多次反射激發(fā)腔與拋物面鏡收集腔相結(jié)合的氣體檢測系統(tǒng)（PM-CERS），精確耦合多次反射腔的激光匯聚點與拋物面鏡收集腔的焦點，同時提高了拉曼信號的激發(fā)與收集效率，使拉曼信號強度得到了顯著提升，解決了現(xiàn)有腔增強拉曼檢測裝置結(jié)構復雜、檢測靈敏度低等技術難題。

研究團隊使用PM-CERS對實驗室空氣樣本進行了檢測分析，結(jié)果表明該裝置在0.5秒曝光時間內(nèi)對二氧化碳的檢測限可達100ppm。與傳統(tǒng)多通腔增強拉曼光譜系統(tǒng)（CERS）實驗結(jié)果進行了對比，結(jié)果表明PM-CERS的檢測靈敏度相較于CERS提升了約5.6倍。

為進一步分析系統(tǒng)的檢測性能，將積分時間延長到200s，PM-CERS對于二氧化碳氣體的檢測限達到了16 ppm。在檢測的空氣拉曼光譜中，我們還成功識別出碳氧同位素光譜特征，進一步驗證了該裝置在醫(yī)學分析、環(huán)境監(jiān)測等領域的廣闊應用前景。

此外，該研究成果獲得了一項國家發(fā)明專利授權（ZL202311254742.2）。

本研究由安徽省重點研發(fā)計劃項目資助。

文章鏈接：https://opg.optica.org/ol/abstract.cfm?doi=10.1364/OL.534842