本课题针对提高QEPAS系统的探测能力和系统稳定性的关键难题，首次探索将单模光纤结构用于QEPAS系统中，构建全光纤传输结构，压缩了QPEAS传感器的系统体积、改进了光学系统的稳定性。基于此，提出并实现了光纤QEPAS技术痕量气体的空间多点分布测量。对单模光纤进行激光传输时的耦合效率、传输损耗及输出光束空间模式分布进行详细研究。对不同共振频率的石英音叉进行理论分析和对比实验研究，确定其对QEPAS系统信号和噪声水平变化的影响，优化选择石英音叉的共振频率，并得到QEPAS系统信噪比随石英音叉共振频率的变化规律。建立完整正确的微共振腔声波传输理论模型，优化微共振腔多个参量，如微共振腔的长度、内径、及微共振腔与石英音叉的间距等，并通过实验修正理论模型，最终提高理论模型的准确性，指导微共振腔设计。 通过本项目的研究，取得了以下主要实验成果：1）研究获得了基于30.72 kHz共振频率石英音叉、5 mm长度声波微共振管的超高灵敏度CO-QEPAS传感器系统，其探测极限为11.2 ppm，归一化噪声等效吸收系数(NNEA)为1.8?10-8 cm-1W/Hz-1/2；2）实现了一种基于全光纤结构的QEPAS传感器，提高了系统的稳定性，基于此，提出并实现了光纤QEPAS技术痕量气体的空间多点分布测量；实现了光纤倏逝波QEPAS痕量气体检测系统，减小了系统体积，并在此基础上提出且实现了光纤倏逝波QEPAS技术痕量气体的空间多点分布测量。 项目最终完成了：1）获得了一套高灵敏度QEPAS检测系统。实现了对水汽(H2O)、乙炔(C2H2)及一氧化碳(CO)等气体的高灵敏度检测；2)获得原理样机；3）达到了ppm量级的优异检测极限；4）在《Applied Physic Letters》、《Optics Express》和《Sensors》这三本本领域顶级国际期刊上发表高水平SCI检索学术论文5篇。 即本项目最终弄清了与提高QEPAS系统探测能力和稳定性的几个关键问题，为实现高灵敏度QEPAS气体检测技术提供科学指导和技术手段。

哈尔滨工业大学

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