针对呼吸性粉尘浓度连续、 可靠、 低成本的实时检测需求, 实现了光谱应用技术创新, 提出了一种基于光声光谱的呼吸性粉尘探测系统, 低功率二极管激光器光谱中心波长为403.56 nm及相应的NO2有效吸收截面为5.948 5×10-19 cm2·mole-1; 通过频率扫描拟合得到了1.35 kHz的谐振频率。 开展了光声池结构的影响分析, 得到了光声池长度参数对本底噪声影响较小但对激光信号影响较大、 内径参数对本底噪声存在一定影响但对本底噪声影响较小的结论。 在考虑品质因数、 加工条件、 使用场合和待测对象属性等影响情况下, 选用120 mm的长度参数和8 mm的内径参数; 基于长度为60 mm、 内径为25 mm的缓冲腔结构, 开展了缓冲隔板对系统稳定性的影响分析, 通过在缓冲腔中设置缓冲隔板, 降低了本底噪声、 稳定了系统, 其幅值及波动由(2.83±0.11) μv稳定为(1.26±0.03) μv。 分析得到了NO2的比吸收系数为195.28 Mm-1·(mg·m-3)-1, 利用NO2气体在405 nm处的吸收对系统进行了标定, 得到了拟合斜率为0.0436 8 μv/Mm-1、 相关系数为0.998、 池常数为300.24 Pa·cm·W-1的结论。 同时在1 min平均时间下, 得到了系统探测浓度下限及吸收系数为2.30 μg·m-3和0.448 Mm-1。 基于标准微球的聚苯乙烯作为气溶胶发生器对象开展了呼吸性粉尘的吸收系数影响分析, 进行了5μm以下不同数浓度颗粒及同一数浓度下不同粒径颗粒吸收系数的测试, 结果表明： 呼吸性粉尘的吸收系数和数浓度成正比, 线性拟合后的斜率为10.598±0.641 96, 相关系数为0.993; 吸收系数曲线的方差在3～4 Mm-1间, 不同粒径的颗粒对吸收系数存在着一定的影响; 随着粒径增加, 吸收系数随之增加。 开展了环境大气中NO2的测量, 选用0.2 μm的过滤膜滤除粉尘的干扰, 实验结果表明大气NO2浓度为16.4~61.6 μg·m-3, 平均浓度为41.1 μg·m-3。 为了证实测量系统的准确性, 与课题组自行研发的长光程差分吸收光谱系统(LP-DOAS)进行了对比测试, 测试结果显示了本光声光谱系统和LP-DOAS系统测量NO2浓度的相关性较好, 线性拟合后的斜率为1.011 78±0.040 13, 相关系数为0.947 81。 开展了环境大气中呼吸性粉尘的测量, 选用5 μm过滤片过滤环境大气, 通过“NO2+5 μm粉尘”和“NO2+0.2 μm粉尘”两路测量对象的差分测量, 得到了呼吸性粉尘的变化趋势, 可以满足自然悬浮状态下的呼吸性粉尘吸收系数实时测量。

采用石英增强光声光谱检测系统，并引入空芯光子晶体光纤作为气体参考气室，实现对痕量氨气的高灵敏度检测。参考气室采用长5 m 的空芯光子晶体光纤，两端熔接单模光纤，内部填充标准氨气。通过分析空芯光子晶体光纤的模态干涉，获得低干涉噪声的透射谱。气体填充过程中，控制填充压强与时间，提高谱线分辨率，完成分布反馈式(DFB)激光器波长的精确锁定，提高检测精度。测量参考气体腔内氨气吸收谱线线宽，并与高分辨率光谱谱线(HITRAN)数据库数据对比验证实验结果。采用光声光谱检测系统，优化调制参数，获得氨气噪声等效浓度(即指体积分数)为6.74×10-6(3σ)。

Accurate diagnosis of different bronchopulmonary diseases is important in clinical practice. This study involved 20 healthy volunteers and 77 patients with bronchopulmonary diseases, including chronic obstructive pulmonary disease (COPD), bronchial asthma, pulmonary tuberculosis, and community-acquired pneumonia. The absorption spectrum of exhaled air samples was recorded on an intra-cavity photo-acoustic gas analyzer (ILPA-1, Special Technologies, Ltd., Russia) with photo-acoustic detectors and CO₂ laser with a tuning range from 9.2 to 10.8 μm. In conclusion, analysis of the Mahalanobis distance-based absorption spectral profiles of breath air from bronchopulmonary patients and healthy volunteers allows the formulation of a preliminary diagnosis.

增强石英音叉光声光谱技术作为光声光谱探测技术的一种，具有高灵敏度、高选择性、响应速度快的优势。增强石英音叉光声光谱技术采用可调谐石英音叉代替光声吸收单元和麦克风来实现光声信号探测，微共振管用来增强信号。分析并比较了三种音叉与微共振管耦合方式的增强石英音叉光声探测器，分析了影响系统信号强度与信噪比的因素，并总结了在参数优化方面的进展。在此分析基础上，介绍研制的小型化光声探测器装置和一种新型的太赫兹增强石英音叉光声探测器，并对其采用的定制音叉参数进行分析。随着新型中红外激光光源的应用，石英音叉光声探测装置会逐渐摆脱光束质量对其的限制，得到更广泛应用。

光声光谱技术用于探测痕量气体的浓度，小型化集成的光声光谱气体传感器利于实现便携式在线检测。光声探测作为光声光谱的关键技术决定了系统的灵敏度和体积，小型化的光声探测系统的核心是微型吸收单元和声光谐振器。总结了近年来光声光谱气体传感器在小型化与集成方面的进展，分析并比较三种光源、微型吸收单元以及小型化声光谐振器的研制进展以及各自利弊。介绍了北京航天控制仪器研究所近年的研究成果，采用共振管增强的石英音叉作为紧凑型封装的声光测量器件，通过铥钬共掺的光纤放大器实现波长为2 mm，功率为200 mW 的激光输出，提高了测量精度，实现对氨气和二氧化碳的同时测量。

利用光声光谱法无创血糖检测原理,以葡萄糖粉末和葡萄糖水溶液为样品、用调制激光作为信号激发源进行试验研究。可得到各个调制频率对应的光声信号幅值,进而得到光声信号幅值大小和调制频率的关系,最终找到葡萄糖粉末对应的最佳调制频率。在最佳调制频率下,测试葡萄糖水溶液,得到声信号随葡萄糖浓度增加的变化关系。实验不但找到葡萄糖对应的最佳调制频率,而且得到光声信号随葡萄糖浓度增加的线性关系,验证了光声光谱法在无创血糖检测中的可行性,为光声光谱法应用于无创血糖检测提供了一定参考价值。