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　　近日，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所方勇华研究员团队在腔增强拉曼光谱气体检测技术领域取得进展。研究团队提出并完善了一种名为“优化抛物面镜腔增强拉曼光谱(O-PMCERS)”的技术，通过光学结构优化与新型算法相结合，提升对痕量气体的检测灵敏度。相关研究成果发表于光学领域期刊《Optics & Laser Technology》。

　　痕量气体的准确、实时检测在环境监测、工业过程控制、医疗诊断及公共安全等领域具有重要意义。拉曼光谱技术因其能够同时检测多种气体组分、无需复杂样品前处理，并能探测如氢气、氮气等同核双原子分子，而显示出独特优势。然而，由于拉曼散射截面极小，信号强度微弱，其在实际痕量检测中的应用长期受到限制。

　　为了克服这一瓶颈，研究团队聚焦于增强激光与气体的相互作用效率及信号收集能力。团队在前期开发的抛物面镜腔增强拉曼光谱（PMCERS）系统基础上，进行了深度优化。研究通过分析拉曼散射光在近共心腔中心汇聚点的三维空间角分布，调整了光学配置，使高信号强度区域与抛物面镜收集区域最大化重合。同时，依据推导出的光学设计准则(D=4p)，优化了抛物面镜的几何参数与光路，构建了高效的光学收集回路。

　　据研究论文介绍，该优化设计消除了信号收集盲区，并有效抑制了腔内瑞利散射等杂散光噪声。实验结果表明，与使用传统透镜收集的近共心腔系统相比，O-PMCERS系统的信号强度提升了约7.6倍，信噪比提升了约11.4倍。相较于优化前的PMCERS系统，其信号强度和信噪比也分别提升了约28%和2倍。此外，优化后的气体腔体积约为22毫升，较之前系统缩小了约2.7倍。

　　在数据处理方面，针对高背景噪声下微弱信号提取的挑战，团队采用了连续小波变换(CWT)与基于Voigt线型的非线性最小二乘(NLS)拟合相结合的光谱处理算法。该算法有助于从强噪声中识别和提取目标气体的特征拉曼峰。实验演示表明，该系统能够在20秒的积分时间内，可靠检测出常压环境下浓度为50 ppm(百万分之五十)的氢气。

　　论文指出，该研究通过硬件光路与软件算法的协同优化，为高灵敏度痕量气体检测提供了一种具有潜力的技术平台。该技术的进一步发展和应用，可能为需要实时、在线、多组分气体监测的多种场景提供新的解决方案。