哈尔滨工业大学航天学院马欲飞课题组实现氢气高灵敏快速检测

激光吸收光谱技术具有指纹特性，因此具有选择性强等优点，但由于氢气吸收谱线少、线强度小，长期以来，学术界认为氢气难以采用光谱手段进行探测。2018年，马欲飞教授课题组提出了光致热弹光谱技术(Light-Induced Thermoelastic Spectroscopy，简称LITES)，该技术选用石英音叉作为激光探测元件，以取代传统的光电探测器，相较而言，前者不仅体积小、价格低，且有着更高的灵敏度和更宽的响应波段。LITES技术具有动态范围大、灵敏度高、长期稳定性好等优点，目前已成为痕量气体传感领域的研究热点。

针对氢气检测，课题组在研究中采用了腔增强吸收手段并选用氢气位于2.1微米处的吸收最强谱线，同时采用与石英音叉共振频率具有一定频差的调制信号，实现外差探测，此种方式增强了系统响应速度，最终实现了氢气浓度在毫秒量级的检测，探测灵敏度达到百万分之四十五（45 ppm），是目前报道的基于激光吸收光谱技术氢气检测中的最好水平，且系统具有优异的浓度线性响应(R-suqare达到0.99)。在测量浓度的同时，该技术还能对探测系统频率特性实时测量，完成调制频率的快速校准，进而实现氢气浓度的长期稳定测量。

航天学院马欲飞教授为论文通讯作者，马欲飞团队梁添添、乔顺达、刘晓楠、郎梓婷参与相关研究工作。

外差-LITES氢气传感系统

外差-LITES系统氢气浓度测试。(a) 1f信号波形；(b) 浓度线性响应。

马欲飞，哈尔滨工业大学航天学院教授、博士生导师，国家优秀青年基金获得者、黑龙江省首批优秀青年基金获得者、哈尔滨工业大学青年拔尖人才、哈尔滨工业大学青年科学家工作室学术带头人、2021年度、2022年度爱思唯尔中国高被引学者、美国光学学会高级会员、入选“2022年度全球前2%顶尖科学家榜单”、“全球顶尖科学家前10万榜单”。从事激光传感和激光技术研究，作为负责人主持国家载人航天、军科委  余项。担任国际知名SCI期刊Elsevier Photoacoustics (IF=9.656，中科院1区)、Optica Optics Express、SPIE Optical Engineering、Wiley Microwave and Optical Technology Letters、Chinese Optics Letters、Sensors、Applied Sciences、Frontiers in Physics 等领域主编/副主编/编辑，担任Science子刊 Ultrafast Science 青年编委，担任国家载人航天工程预研项目会评专家、教育部长江学者评审专家。以第一作者/通讯作者发表1区论文70余篇，获军队科技进步二等奖、教育部学术新人奖、美国光学学会Incubic/Milton Chang Travel Grant等多项奖励。