近期，西安电子科技大学光电工程学院徐淮良教授超快光子学团队联合加拿大多伦多大学等高校研究团队，在中国科学院一区TOP期刊《Photoacoustics》（影响因子7.1）和《ACS Sensors》（影响因子8.3）上连续发表3篇研究论文。三篇论文均围绕高精度气体监测，从新型谐振腔设计、多模式复用和波形工程调制模式三方面出发，推动气体成分传感技术向更快响应、更高精度、更多组分发展。论文受到国家自然科学基金外国资深学者研究基金项目、基本科研业务费跃升计划资助，西电均为第一单位。

2024年5月，超快光子学团队在《Photoacoustics》发表题为“Wavelength-modulated photoacoustic spectroscopic instrumentation system for multiple greenhouse gas detection and in-field application in the Qinling mountainous region of China”的研究成果。文章针对温室气体高精度在线监测需求，开展基于量子级联激光器的波长调制光声光谱技术研究，并基于FPGA构架研制了激光调控和光声信号锁相解调模块，实现了二氧化碳和一氧化碳、甲烷超高精度监测，并在秦岭植物园进行了连续一周的原位实时测量。试验结果为高精度痕量气体分析仪核心模块国产化提供了技术支撑。超快光子学团队刘丽娴副教授为第一作者，华山讲席教授Andreas Mandelis为通讯作者。

图1. 光声光谱温室气体高精度在线监测系统及监测结果图

2025年1月，超快光子学团队在《Photoacoustics》再次发表题为“Compact and full-range carbon dioxide sensor using photoacoustic and resonance dependent modes”的研究成果。二氧化碳气体在饮料碳酸化、消防灭火、温室气肥、食品保鲜及提高石油采收率等领域具有重要应用，其高精度全量程监测一直为气体检测领域难题。本文提出基于光声光谱和频率追踪相结合检测方式，采用三光源结合配合小型化差分光声池，研究光声信号与谐振频率与浓度的线性对应关系，实现了二氧化碳气体几十ppt至100%浓度超大动态范围监测。学院硕士研究生生李一帆为第一作者，刘丽娴副教授为通讯作者。

图2.高精度全量程二氧化碳气体光声光谱检测系统图

2025年2月，超快光子学团队在《ACS Sensors》发表题为“Branch Enhanced Photoacoustic Sensor for Comprehensive Sevoflurane Monitoring”的研究成果。在医疗和职业健康领域，七氟醚监测意义重大。该研究首次提出了旁支增强型光声光谱（BEPAS），将气体路径融入共振，实现激发和吸收路径解耦，利用可更换柔性旁支优化性能，解决了传统光声光谱七氟醚监测面临的小型化与低频共振难以兼顾、光源调制不适配、动态范围受限等难题。研制的传感器检测限低至1.6 ppb，动态范围高达1.6 ppb - 8%（154 dB），在手术室现场监测中，响应速度和灵敏度优于商用仪器，为七氟醚监测提供了有效解决方案。学院博士研究生章学仕为第一作者，刘丽娴副教授为通讯作者。

图3.BEPAS七氟烷监测仪现场测试及监测结果图

超快光子学团队一系列研究成果将有助于推动痕量气体分析仪实现超越式国产化替代，在工业生产线、医疗、新能源等领域有着广阔的应用前景。

供稿：超快光子学团队刘丽娴