上個(gè)星期的北京又又又又又一次霾上了。

1月4日某天氣APP發(fā)出的數(shù)據(jù)

帝都各界群眾心情如右圖

幾個(gè)清晨拉開窗簾的時(shí)候，應(yīng)該都感覺進(jìn)入了《迷霧》呀、《寂靜嶺》呀之類的電影場(chǎng)景中，需要擔(dān)心分分鐘是不是有外星生物或者異世界怪物從濃濃大霾里蹦出來(lái)。

《迷霧》劇照

來(lái)源：douban.com

《寂靜嶺》劇照

來(lái)源：funshion.com

霧霾的影響和危害，想必就算是吃瓜群眾也都已非常了解了。想要逃脫這場(chǎng)“醇厚”的霾，戴口罩、開凈化器都只是一時(shí)的權(quán)宜之計(jì)，關(guān)鍵還是要從根本上徹底治理。都說(shuō)擒賊先擒王，那么治霾就得先控源，有效及時(shí)的污染源監(jiān)測(cè)是治理需要踏出的第一步。

二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物這三項(xiàng)是霧霾主要組成，前兩者是氣體，而后者是霧霾的最大“元兇”。最有代表性的就是大家熟悉的PM2.5了，這種物質(zhì)本身既是污染物，又是多種毒物的載體，比如重金屬、多環(huán)芳烴。

對(duì)于普通的防護(hù)來(lái)，濃度信息基本能滿足預(yù)警參考，但對(duì)于監(jiān)管和治理來(lái)講，還需要更細(xì)致的了解到污染物中的成分等多種信息，才能作為“對(duì)癥下藥”的科學(xué)參考依據(jù)。

中紅外氣體探測(cè)法：呔！有害氣體哪里跑！

不同分子的氣體都有其固定的、獨(dú)有的特征吸收峰，我們根據(jù)這些吸收峰的位置進(jìn)行識(shí)別，從而分辨出是哪種氣體以及濃度大小，這些吸收峰我們也稱之為“分子的指紋峰”，利用中紅外光指紋峰來(lái)判斷氣體的種類和濃度，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于氣體中氮氧化物和硫氧化物的測(cè)定。

目前常見的污染氣體主要集中在4μm~10μm內(nèi)，因此我們有必要將探測(cè)器的波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展到11μm附近（來(lái)來(lái)來(lái)，請(qǐng)各位同學(xué)劃重點(diǎn)），從而完成對(duì)絕大多數(shù)常見污染氣體的高靈敏度、高精度的探測(cè)。

此前，在中紅外氣體探測(cè)中主要采用的是碲鎘汞（MCT）紅外探測(cè)器。但因?yàn)樵撎綔y(cè)器中含有RoHS指令所限制的水銀和鎘，所以基本已被市場(chǎng)拒之門外。不過(guò)，后浪拍前浪，一種基于環(huán)保材料的新型探測(cè)器則踩著七彩祥云橫空而降了！

InAsSb光探測(cè)器來(lái)也！

響應(yīng)波長(zhǎng)延至11μm？那都不是事兒！

對(duì)于中紅外波段的探測(cè)而言，銦砷銻（InAsSb）材料的探測(cè)器在室溫下也具有很高的探測(cè)效率，且響應(yīng)快速。與碲鎘汞（MCT）不同，其材料完全符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。這些優(yōu)勢(shì)讓它逐漸成為高品質(zhì)紅外探測(cè)的新寵。

采用InAsSb材料的紅外探測(cè)器，因?yàn)楦淖兞斯馕諏拥谋∧そY(jié)晶As和Sb組合比例，使其在12μm處也可具有光譜響應(yīng)。而InAsSb的薄膜結(jié)晶是在作為襯底的結(jié)晶基板上生長(zhǎng)的，改變?cè)氐慕M合比例后，可以響應(yīng)不同范圍的波長(zhǎng)，由于在薄膜結(jié)晶和結(jié)晶基板上生長(zhǎng)出的材料原子排列間隔不同，在薄膜結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)存在半導(dǎo)體材料缺陷的問題，從而影響探測(cè)器實(shí)際的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍。

注意！這里要說(shuō)“然而”了！

然而！

近期，濱松公司通過(guò)自有的薄膜結(jié)晶成長(zhǎng)技術(shù)，生長(zhǎng)出了幾乎無(wú)缺陷的薄膜，將光譜響應(yīng)范圍從8μm穩(wěn)定延伸至11μm。結(jié)合我們?cè)谏衔闹袆澋闹攸c(diǎn)（敲黑板：忘記的同學(xué)趕快往上翻看），可以了解，幾個(gè)微米級(jí)的變化則會(huì)帶來(lái)可測(cè)定分子范圍的擴(kuò)大，10μm波長(zhǎng)附近的氨氣（NH3）、臭氧（O3）等分子如今也只能乖乖繳械現(xiàn)形。實(shí)現(xiàn)了單個(gè)探測(cè)器對(duì)多種成分的分析，對(duì)污染氣體在線監(jiān)測(cè)而言更具意義。

濱松新型InAsSb光探測(cè)器P13894系列

光譜響應(yīng)范圍覆蓋3~11μm

誰(shuí)說(shuō)非制冷就不能有高靈敏度？！

我們知道，波長(zhǎng)越長(zhǎng)光能量越低，對(duì)探測(cè)器靈敏度要求就越高。雖然通過(guò)冷卻可提高探測(cè)器靈敏度，但采用液態(tài)氮的方法會(huì)導(dǎo)致設(shè)備大型化，采用電子冷卻又存在功率變大的問題。濱松在新系列InAsSb探測(cè)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行了反復(fù)專研，實(shí)現(xiàn)了非制冷、高靈敏度特性的并存，以此進(jìn)一步推進(jìn)分析設(shè)備的小型化、低功率，也是大有希望。

InAsSb光探測(cè)器P13894系列中制冷型和非制冷型單品對(duì)比

除此之外，該InAsSb探測(cè)器上升時(shí)間很快，可用更高的調(diào)制頻率進(jìn)行光源調(diào)制，在更短時(shí)間內(nèi)獲得氣體吸收信號(hào)，從而達(dá)到“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”的效果。在空氣污染源監(jiān)測(cè)，特別是工廠煙氣監(jiān)測(cè)中作用突出。

工廠煙氣監(jiān)測(cè)示意

不過(guò)，完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，單靠InAsSb探測(cè)器這個(gè)小不點(diǎn)也是完成不了的，還需要相應(yīng)的光源擔(dān)任助攻才行。波段4μm~10μm的中紅外光源——量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）是理想的選擇。QCL采用的是DFB（分布式反饋激光器）結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部設(shè)置了衍射光柵，可使光譜帶寬處于非常窄的單一波長(zhǎng)。2016年濱松公司也推出了內(nèi)置準(zhǔn)直透鏡的QCL新品，增加了儀器開發(fā)的便利性。

從煙囪中排出的污染雖然可以通過(guò)小小探測(cè)器監(jiān)測(cè)，但是真的做到減少污染的排放還需要更多社會(huì)和科技力量的合力。但愿通過(guò)點(diǎn)滴努力的匯聚，很快我們能夠再次迎來(lái)藍(lán)天常伴的日子。

美好的心愿：天天看藍(lán)天看到膩~~ ：D

圖片來(lái)源：bbs.fengniao.com

參考資料：

［1］ 百度百科，”霧霾”詞條。

［2］ 胡淑紅，王奇?zhèn)ィ瑓墙埽渭矣瘢鲗帯７侵吕銲nAsSb中長(zhǎng)波紅外探測(cè)器研究評(píng)述孫常鴻。中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào).2010.01