近日，中科院合肥研究院安光所張志榮研究員團隊在激光吸收光譜技術（TDLAS）氣體檢測譜線混疊干擾與分離研究方面取得新進展，相關研究成果分別以《CO and CH4混疊吸收光譜解調方法研究》和《基于激光吸收光譜技術的多組分氣體測量混疊光譜解調方法研究》為題發表在國際知名期刊Sensors and Actuators B: Chemical和Optics Express上。博士生趙曉虎、王前進分別為文章的第一作者。
可調諧半導體激光吸收光譜技術（TDLAS）是最常用的氣體檢測方法，具有結構簡單、響應速度快、操作容易等優點，已經被廣泛應用于環境監測、醫學診斷、工業過程監測等領域。但是，工業、煤礦、油氣等特殊場景中，不僅包含非常復雜的氣體組分，而且氣體組分含量差別巨大，以至于激光吸收光譜技術檢測時會遭遇氣體譜線之間的混疊，產生交叉干擾的“共性”技術瓶頸，為TDLAS技術的應用增加了難度，限制了該技術在某些行業的應用發展。
張志榮團隊孫鵬帥副研究員、趙曉虎、王前進兩位博士研究生，對煤礦中甲烷（CH4）和微量一氧化碳（CO）氣體進行分析，分別利用偏最小二乘和非負最小二乘方法，解決了含量為百分量級的CH4和百萬分量級的CO氣體的混疊光譜干擾的解調問題。從吸收光譜機理上提出了“光譜分離度”的概念，并進行了詳實的仿真模擬和復雜的實驗驗證。經過實驗分析，兩種方法均表現出了良好的解調效果，能夠在兩種氣體濃度相差3-4個數量級（光譜特征嚴重混疊干擾）的特殊情況下仍然能夠準確解調其中的微量氣體成分，極大的提高了系統的選擇性和可靠性。因此，該方法能夠在不增加壓力控制等硬件設備的基礎之上，利用軟件算法解調混疊光譜，為利用單支DFB激光器完成兩種或多種混合氣體濃度的準確測量提供了方向，拓寬了激光吸收光譜氣體傳感系統的環境適用性和應用前景。
該研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、安徽省重點研發計劃、中科院合肥研究院“火花”基金、中科蚌埠技術轉移中心重點專項等項目支持。
論文1鏈接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-30-24-43464&id=520199
DOI：10.1364/OE.474833
論文2鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400522009340?via%3Dihub
DOI：10.1016/j.snb.2022.132292
CO和CH4分別測量和混合氣測量的二次諧波信號情況
不同濃度的CH4氣體對CO測量結果的影響處理
