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    香港中文大學(xué)（港中大）工程研究團(tuán)隊(duì)展示全球首個(gè)雙光梳光熱光譜儀（DC-PTS），這項(xiàng)突破性的光譜學(xué)研究證實(shí)了相關(guān)技術(shù)能夠在一毫秒（千分之一秒）內(nèi)完成多種氣體測量，并且有極高靈敏度，可檢測低濃度氣體。研究有助開辟更多氣體傳感技術(shù)的應(yīng)用，包括有毒氣體測量、連同COVID-19生物標(biāo)志物在內(nèi)的呼氣成分分析等。研究成果已刊登在學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（Nature Communications）。


 
    高精密光譜學(xué)的一項(xiàng)重大突破
    激光光譜氣體傳感技術(shù)可廣泛應(yīng)用于氣體測量，當(dāng)中所使用的光源直接影響寬波段氣體測量，是傳感器分辨率和靈敏度的決定因素。光學(xué)頻率梳（optical frequency comb）是一種可應(yīng)用于高精密光譜測量的新型光源，可以同時(shí)發(fā)射一系列相等頻率間隔的相干梳狀鐳射線。然而，傳統(tǒng)頻率梳光譜技術(shù)往往依賴高階光譜儀或光電探測器來分辨梳齒，以及龐大的測量氣室以獲得足夠的檢測靈敏度，限制了其在實(shí)驗(yàn)室外的應(yīng)用潛力。
    港中大機(jī)械與自動化工程學(xué)系副教授任偉教授團(tuán)隊(duì)及其合作單位中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所共同提出新型氣體測量技術(shù)─雙光梳光熱光譜（DC-PTS），將氣體傳感提升到新的層次。他們利用兩組頻率梳同時(shí)發(fā)射相近但不同頻率的光束，當(dāng)光束同時(shí)通過載有氣體樣本的空心光纖時(shí)，會造成一種名為「外差干涉」的光學(xué)現(xiàn)象，產(chǎn)生拍頻信號，氣體吸收會引起光熱效應(yīng)，從而改變氣體折射率。團(tuán)隊(duì)利用儀器測量不同頻率的折射率調(diào)變，藉此獲得精確的光譜信息及得知?dú)怏w樣本的成分。
     目前， DC-PTS能同時(shí)檢測多種氣體，包括阿摩尼亞（氨）（NH₃）、二氧化碳（CO₂）、一氧化碳（CO）、硫化氫（H₂S）和碳?xì)浠�合物等。研究團(tuán)隊(duì)利用工業(yè)中常見的無色、易燃?xì)怏w乙炔（C₂H₂）為例，顯示了DC-PTS于載有僅0.17 微升氣體樣本的空心光纖中檢測到濃度只有8.7ppm的乙炔，實(shí)現(xiàn)ppm級的氣體探測靈敏度。相反，傳統(tǒng)激光光譜儀通常只配備單頻激光，所以每次只能測量一種氣體，并需要大約 100,000 微升（100毫升）的氣體樣本及更長的測試時(shí)間以達(dá)到相約的檢測靈敏度。
     應(yīng)用前景廣泛 包括呼氣成分分析
    人體呼氣成分分析是DC-PTS技術(shù)其中一項(xiàng)極具潛力的應(yīng)用例子，例如檢測呼吸樣本中與病毒感染相關(guān)的化合物。傳統(tǒng)的光譜儀或質(zhì)譜儀往往需要額外進(jìn)行氣體采樣步驟，其分析時(shí)間亦較長；對比之下，DC-PTS可以在寬光譜波段范圍內(nèi)提供更靈敏和更快的化學(xué)分析，能有助得出更精確的測試結(jié)果。
任教授表示：「這是全球首個(gè)DC-PTS研究，這項(xiàng)嶄新的高精密光譜技術(shù)有助日后實(shí)現(xiàn)多達(dá)數(shù)十到數(shù)百種的氣體測量。我們正積極研發(fā)DC-PTS 在呼氣成分分析的應(yīng)用，特別是開發(fā)COVID-19呼吸測試和化學(xué)分析儀，幫助解決當(dāng)前的疫情和未來的公共衛(wèi)生緊急情況。」他補(bǔ)充指相關(guān)技術(shù)在其他范疇的氣體檢測亦具相當(dāng)應(yīng)用潛力，包括能源、環(huán)境和安全管理等領(lǐng)域。

任偉教授目前在深圳研究院承擔(dān)的項(xiàng)目：
 深圳市項(xiàng)目-中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金-自由探索類基礎(chǔ)研究項(xiàng)目-面向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新型激光氣體傳感器研究- 2021Szvup149
 深圳市項(xiàng)目-基礎(chǔ)研究（重點(diǎn)項(xiàng)目）-基2020N407面向航空發(fā)動機(jī)燃燒診斷的光頻梳光譜技術(shù)研究- JCYJ20200109143008165