研究目的
开发一种基于石英晶体音叉（QCTF）的新型光电探测器，用于红外光谱应用，消除带宽限制并无需低温冷却。
研究成果
基于QCTF的光电探测器成功实现了无带宽限制、无需低温冷却的红外光谱测量，展现出对光强度的线性响应及高Q因子特性。该器件在成本、体积和稳定性方面具有优势，有望应用于更广的红外波段及多种气体检测场景。
研究不足
QCTF的谐振频率可能受压力和温度等环境条件影响，需要进行精确的频率调谐。该探测器的性能可能受到与商用探测器相当的噪声水平限制，并且对偏离谐振频率的情况较为敏感。
1：实验设计与方法选择：
本实验利用石英晶体叉指换能器（QCTF）的压电效应检测光强，通过共振频率调制实现信号增强。采用可调谐二极管激光器作为光源，实验装置包含用于光谱测量的气室。
2：样品选择与数据来源：
以乙炔（C2H2）气体作为目标分析物，通过质量流量控制器控制浓度。数据采集使用数字采集板，并通过LabVIEW软件分析。
3：实验设备与材料清单：
包括标准几何结构的QCTF、可调谐二极管激光器（New Focus Model 6700）、光纤准直器、低噪声运算放大器、数字采集板（NI USB-6259）、气室、质量流量控制器（Alicat）和压力控制器。
4：0）、光纤准直器、低噪声运算放大器、数字采集板（NI USB-6259）、气室、质量流量控制器（Alicat）和压力控制器。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：激光束经调制后聚焦于QCTF叉指上，产生的压电信号经放大和数字化处理。向气室内通入气体，以0.01 nm/s的速率进行光谱扫描。
5：01 nm/s的速率进行光谱扫描。 数据分析方法：
5. 数据分析方法：对共振曲线和吸收光谱采用洛伦兹拟合，通过艾伦方差分析评估测量精度。
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Quartz Crystal Tuning Fork
Standard geometry with resonant frequency ~32 kHz
Used as a photodetector by utilizing its piezoelectric effect to gauge light intensity in infrared spectroscopy.
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Tunable Diode Laser
6700
New Focus
Serves as the excitation light source for the experiment, with modulation applied to the laser current.
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Digital Acquisition Board
USB-6259
NI (National Instruments)
Used to transfer and digitize the voltage signal from the QCTF detector for analysis.
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Mass Flow Controller
Alicat
Controls the flow rate of gas into the sample cell during experiments.
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Mercury Cadmium Telluride Detector
PVMI-4TE-10.6
Vigo Systems
Used as a commercial reference detector to compare with the QCTF-based detector in spectroscopy measurements.
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