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Thorlabs建立联合实验室:推进气体探测技术

导读: 光子产品制造商Thorlabs将在意大利巴里技术大学(TUB)的物理系建立起所谓的PolySense,这是一种产业大学联合型的研究实验室。其目的是专注于创新型光学气体探测系统的研究与开发。

光子产品制造商Thorlabs将在意大利巴里技术大学(TUB)的物理系建立起所谓的PolySense,这是一种产业大学联合型的研究实验室。其目的是专注于创新型光学气体探测系统的研究与开发。

未来的巴里技术大学 Polysense实验室的模拟图。图片来源:Thorlabs。

这一举措延续着Thorlabs已建立的与Vincenzo Spagnolo之间的研究合作关系,后者为光学气体探测领域的专家,同是也是TUB副教授。Spagnolo教授将担任PolySense的总任,这是起源于Polytechnic-Sensor的一个术语。

示踪气体浓度的检测和测量在诸如温室气体的环境监测、疾病诊断、工业工艺流程控制分析以及有毒气体检测等应用中是重要的。Spagnolo教授的团队在石英增强光声光谱(QEPAS)技术方面拥有丰富的经验,该技术利用石英音叉(QTF)作为光声信号的探测器。

高灵敏度

利用QEPAS技术可以测量到极小的有潜在危害的气体浓度(每万亿分之几十)。

基于QEPAS技术以及Thorlabs的工程和制造专长,PolySense实验室将努力设计和制作QTF设计方案,针对不同的操作条件进行优化。这些QTF将被纳入联合设计的声学检测模块,以产生用于高灵敏度实时测量的探测器原型。

这家美国公司计划在未来十年投资超过200万欧元,另外提供价值50万欧元的必要设备,并将为定期研究人员、博士后毕业生及博士生创造岗位位,他们将与来自于德国慕尼黑公司的Thorlabs员工密切合作。

最终目标是提供便携式的解决方案,用于原位和实时气体检测,从而促使在诸如呼吸分析、环境监测、泄漏检测、碳氢化合物气体探测以及有毒气体与爆炸性前兆监测等方面的进步。

Thorlabs GmbH研究项目团队负责人Verena Mackowiak说:“我们很高兴能够通过这种新形成的合作关系继续与Spagnolo教授的研究团队建立伙伴关系。“我们期待着发现创新的想法和分享专业知识,使高灵敏度的、基于QEPAS的示踪气体探测器能够更易于在更广泛的范围内得到运用。

为了支持新形成的战略合作伙伴关系,Thorlabs公司将在研究和人员两方面提供必要的仪器、技术人员和资金,同时大学(TMU)将提供实验室和办公空间并负责进行研究工作。

团队目标

Spagnolo教授在接受大学网站采访时解释了该团队旨在开发的探测器类型:“这些探测器将使用一种最灵敏的技术来气体示踪探测:石英音叉光声光谱。”

Spagnolo教授(中)及其团队的两位成员。照片来自巴里技术大学。

这种技术是基于光声效应。 当气体的分子用间歇激光照亮时,它们加热和冷却,从而产生声波。在我们开发的技术中,激光被聚焦于石英音叉的齿之间,类似于手表和智能手机中的情形。

“如果激光间歇频率等于石英音叉的谐振频率,则其开始振动。由于石英的压电性能,这些振动产生的电信号将与待检测的气体分子的浓度成正比。”

这个由Spagnolo领导的研究团队包括Pietro Patimisco博士、Angelo Sampaolo博士和Marilena Giglio博士。在通过具有石英音叉的光声光谱进行气体检测的领域,该实验室处于世界领先地位。它已经拥有这项技术的全球灵敏度记录(检测到超过200亿分子中的1个分子),并且是在太赫兹光谱范围内使用该激光发射技术的唯一一个。

最近,Spagnolo的团队开发了一种能够将通过石英音叉齿的激光功率放大200倍以上的系统,从而也放大了通过高反射镜的光声信号。潜在地,后一种技术将有可能实现在一百万万亿个分子中显露出数十个分子来。

Thorlabs公司将会致力于多种类型应用中的实时探测器,包括呼吸分析、汽车排气表测量、工业工艺流程控制、泄漏测量以及可用于反恐目的的高毒性炸药或气体前兆的探测。

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