研究人员发现了一种利用光声效应探测空气中最微小的痕迹的方法。通过探测光与分子结合时发出的声音，我们能探测出空气中最细微的成分。
“从许多方面看来，光声效已经是探测大气污染的最实际方法。”来自布朗大学的化学系教授Gerald Diebold说。
“但是，当你要探测的分子浓缩成了兆分之几，气体的所发出的信号就弱到难以探测。针对这一问题，我们开发了一种新的能够增强信号的光声探测技术，有了这项技术，我们可以探测到浓缩到千兆水平的气体，这创造了我们知识范围内的记录。”
图注：即使气体分子浓缩到非常细微的级别，这项新技术也能探测到环境污染物等物质。图自Gerald Diebold/Brown
当气体、液体和固体把光束吸收并导致其扩散，就会导致光声效应。这种扩散是一种会导致声波产生的机械运动。
Alexander Graham Bell在19世纪80年代第一次发现了这一效应。但在激光发明之前，这一发现价值不大。激光所特有的线谱宽度和强大能量能使光声信号变得足够强，达到了能被轻易探测到的水平。
光声探测器的工作原理是：调节激光的波长，用激光快速扫过材料，在激光被分子吸收时实现检测功能。在一个典型的光声实验中，研究人员使用灵敏麦克风足以检测的频率来打开并关闭激光束，从而测出声波所产生的所有声音。不同的分子吸收光线的频率不同，因此，通过调节激光的频率，探测器可以探测出气体中具体的物质。
例如，为了探测空气中的氨气，研究人员可以将激光调节到特定的频率，使其被氨分子吸收。 接着，通过快速移动取得一份样本，如果麦克风中也能听到相应的声波，那么就意味着样本中含有氨气。
但是，浓缩的目标物质越少，能探测到的信号也就越弱。所以，Diebold教授和同事一起使用了一种非传统技术增强信号的振幅。
“我们依赖三种不同的共振探测气体。每种共振都能增加信号的强度。” Diebold教授说。
除了单一的激光光束以外，Diebold教授及其同事也将两种光束以一种特定的频率和角度结合起来。光束的结合创造出了一种称为“光栅”的两光交替干扰模式。 当激光频率合适时，光栅就会以音速在探测细胞中游走，创造出最大的振幅效应。
第二种共振模式是通过实验中用到的压电晶体创建的。压电晶体可以按照结合起来的激光光束所需要的频率精确振动，压力波中微小的压缩力可以渐渐诱导晶体运动，增强气体信号的强度。这个过程就类似于人们反复推动秋千从而使其最终实现最大的摇摆幅度。
第三种共振是通过调节腔体的长度实现的。因为晶体是镶嵌在腔体中的，因此当所有声波长度中，有一半的波长和腔体的长度匹配，共振就会发生。
由于输出的是压电晶体，它能产生与自己的震荡运动匹配的电压。只要将晶体输送到放大器和敏感的电子设备上，就能记录下声音信号。
在山东大学，利用光栅法探测气体成分的实验也非常成功。那里的研究人员用了三个月合成了一种能对压力波产生强烈反应的特殊晶体。
实验显示，通过使用上述三种共振法，研究人员能够探测出千兆分之水平的六氟化硫。
Diebold教授认为这项技术能够用于探测器开发，开发出来的探测器不仅对浓缩气体中的微量污染物非常敏感，还能用于探测那些以往因吸光能力弱而无法探测到的分子。
让Diebold教授感到惊讶的是，由于这项实验涉及到的频率达到了几百千赫之高，电子收集器和外部的声源都不会对实验造成干扰。这意味着在不用隔绝外部噪音的情况下，人们可以在开放的腔体中完成实验。
“如果你身处垃圾填埋池，并试图探测其中的沼气，只需手持探测器在室外就能持续监测气体输出，并完成探测。”
然而，由于器材的体积太大，这项技术目前还不能在户外使用。但研究人员称，户外使用在概念上是成立的。让我们拭目以待吧！
蝌蚪五线谱编译自futurity，译者 晴空飞燕，转载须授权
