近日，中国科学院合肥物质院安光所方勇华研究员团队在腔增强拉曼光谱气体检测研究方面取得新进展，相关研究成果以《用于痕量气体检测的抛物面镜腔增强拉曼光谱》为题发表于国际知名光学Top期刊《光学快报》，博士研究生苗俊芳为论文第一作者，博士后李振钢为论文通讯作者。
多组分气体检测技术在医学分析、环境监测和工业控制等领域具有广泛应用。相比于传统检测方法（如半导体气体传感、气相色谱-质谱联用技术等），拉曼光谱技术可以利用单束激光同时检测多种气体成分。然而，受限于微弱的拉曼散射信号强度，传统的腔增强检测方法无法同时兼顾拉曼信号的激发效率和收集效率，检测灵敏度有待加强。
针对此问题，苗俊芳与李振钢等人基于拉曼散射信号强度分布模型，设计了一种多次反射激发腔与抛物面镜收集腔相结合的气体检测系统（PM-CERS），精确耦合多次反射腔的激光汇聚点与抛物面镜收集腔的焦点，同时提高了拉曼信号的激发与收集效率，使拉曼信号强度得到了显著提升，解决了现有腔增强拉曼检测装置结构复杂、检测灵敏度低等技术难题。
研究团队使用PM-CERS对实验室空气样本进行了检测分析，结果表明该装置在0.5秒曝光时间内对二氧化碳的检测限可达100ppm。与传统多通腔增强拉曼光谱系统（CERS）实验结果进行了对比，结果表明PM-CERS的检测灵敏度相较于CERS提升了约5.6倍。
为进一步分析系统的检测性能，将积分时间延长到200s，PM-CERS对于二氧化碳气体的检测限达到了16 ppm。在检测的空气拉曼光谱中，我们还成功识别出碳氧同位素光谱特征，进一步验证了该装置在医学分析、环境监测等领域的广阔应用前景。
此外，该研究成果获得了一项国家发明专利授权（ZL202311254742.2）。
本研究由安徽省重点研发计划项目资助。
文章链接：https://opg.optica.org/ol/abstract.cfm?doi=10.1364/OL.534842
