光子產(chǎn)品制造商Thorlabs將在意大利巴里技術(shù)大學(xué)（TUB）的物理系建立起所謂的PolySense，這是一種產(chǎn)業(yè)大學(xué)聯(lián)合型的研究實(shí)驗(yàn)室。其目的是專注于創(chuàng)新型光學(xué)氣體探測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)。
未來(lái)的巴里技術(shù)大學(xué) Polysense實(shí)驗(yàn)室的模擬圖。圖片來(lái)源：Thorlabs。
這一舉措延續(xù)著Thorlabs已建立的與Vincenzo Spagnolo之間的研究合作關(guān)系，后者為光學(xué)氣體探測(cè)領(lǐng)域的專家，同是也是TUB副教授。Spagnolo教授將擔(dān)任PolySense的總?cè)危@是起源于Polytechnic-Sensor的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。
示蹤氣體濃度的檢測(cè)和測(cè)量在諸如溫室氣體的環(huán)境監(jiān)測(cè)、疾病診斷、工業(yè)工藝流程控制分析以及有毒氣體檢測(cè)等應(yīng)用中是重要的。Spagnolo教授的團(tuán)隊(duì)在石英增強(qiáng)光聲光譜（QEPAS）技術(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，該技術(shù)利用石英音叉（QTF）作為光聲信號(hào)的探測(cè)器。
高靈敏度
利用QEPAS技術(shù)可以測(cè)量到極小的有潛在危害的氣體濃度（每萬(wàn)億分之幾十）。
基于QEPAS技術(shù)以及Thorlabs的工程和制造專長(zhǎng)，PolySense實(shí)驗(yàn)室將努力設(shè)計(jì)和制作QTF設(shè)計(jì)方案，針對(duì)不同的操作條件進(jìn)行優(yōu)化。這些QTF將被納入聯(lián)合設(shè)計(jì)的聲學(xué)檢測(cè)模塊，以產(chǎn)生用于高靈敏度實(shí)時(shí)測(cè)量的探測(cè)器原型。
這家美國(guó)公司計(jì)劃在未來(lái)十年投資超過(guò)200萬(wàn)歐元，另外提供價(jià)值50萬(wàn)歐元的必要設(shè)備，并將為定期研究人員、博士后畢業(yè)生及博士生創(chuàng)造崗位位，他們將與來(lái)自于德國(guó)慕尼黑公司的Thorlabs員工密切合作。
最終目標(biāo)是提供便攜式的解決方案，用于原位和實(shí)時(shí)氣體檢測(cè)，從而促使在諸如呼吸分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、泄漏檢測(cè)、碳?xì)浠衔餁怏w探測(cè)以及有毒氣體與爆炸性前兆監(jiān)測(cè)等方面的進(jìn)步。
Thorlabs GmbH研究項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Verena Mackowiak說(shuō)：“我們很高興能夠通過(guò)這種新形成的合作關(guān)系繼續(xù)與Spagnolo教授的研究團(tuán)隊(duì)建立伙伴關(guān)系。“我們期待著發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的想法和分享專業(yè)知識(shí)，使高靈敏度的、基于QEPAS的示蹤氣體探測(cè)器能夠更易于在更廣泛的范圍內(nèi)得到運(yùn)用。
為了支持新形成的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，Thorlabs公司將在研究和人員兩方面提供必要的儀器、技術(shù)人員和資金，同時(shí)大學(xué)（TMU）將提供實(shí)驗(yàn)室和辦公空間并負(fù)責(zé)進(jìn)行研究工作。
團(tuán)隊(duì)目標(biāo)
Spagnolo教授在接受大學(xué)網(wǎng)站采訪時(shí)解釋了該團(tuán)隊(duì)旨在開(kāi)發(fā)的探測(cè)器類型：“這些探測(cè)器將使用一種最靈敏的技術(shù)來(lái)氣體示蹤探測(cè)：石英音叉光聲光譜。”
Spagnolo教授（中）及其團(tuán)隊(duì)的兩位成員。照片來(lái)自巴里技術(shù)大學(xué)。
這種技術(shù)是基于光聲效應(yīng)。 當(dāng)氣體的分子用間歇激光照亮?xí)r，它們加熱和冷卻，從而產(chǎn)生聲波。在我們開(kāi)發(fā)的技術(shù)中，激光被聚焦于石英音叉的齒之間，類似于手表和智能手機(jī)中的情形。
“如果激光間歇頻率等于石英音叉的諧振頻率，則其開(kāi)始振動(dòng)。由于石英的壓電性能，這些振動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)將與待檢測(cè)的氣體分子的濃度成正比。”
這個(gè)由Spagnolo領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)包括Pietro Patimisco博士、Angelo Sampaolo博士和Marilena Giglio博士。在通過(guò)具有石英音叉的光聲光譜進(jìn)行氣體檢測(cè)的領(lǐng)域，該實(shí)驗(yàn)室處于世界領(lǐng)先地位。它已經(jīng)擁有這項(xiàng)技術(shù)的全球靈敏度記錄（檢測(cè)到超過(guò)200億分子中的1個(gè)分子），并且是在太赫茲光譜范圍內(nèi)使用該激光發(fā)射技術(shù)的唯一一個(gè)。
最近，Spagnolo的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)石英音叉齒的激光功率放大200倍以上的系統(tǒng)，從而也放大了通過(guò)高反射鏡的光聲信號(hào)。潛在地，后一種技術(shù)將有可能實(shí)現(xiàn)在一百萬(wàn)萬(wàn)億個(gè)分子中顯露出數(shù)十個(gè)分子來(lái)。
Thorlabs公司將會(huì)致力于多種類型應(yīng)用中的實(shí)時(shí)探測(cè)器，包括呼吸分析、汽車排氣表測(cè)量、工業(yè)工藝流程控制、泄漏測(cè)量以及可用于反恐目的的高毒性炸藥或氣體前兆的探測(cè)。