インタビュー：Ying He

こんにちはYing Heさん。あなた自身とあなたのグループを紹介していただけますか？

私は2年目の博士号です。 中国ハルビン工科大学の波長可変レーザーに関する国家科学技術研究所の学生。 Xin Yu教授とYufei Ma教授の監督の下、私は同調可能ダイオードレーザー吸収レーザー分光法（TDLAS）、光音響分光法（PAS）、および水晶増強光音響分光法（QEPAS）などの新しい微量ガス検出技術の探究に焦点を当てています。 私たちのグループは長年にわたりレーザーベースの微量ガスセンサーに取り組んできました。 Ma教授は、ライス大学のFrank K. Tittle教授のグループに滞在した後、私たちのグループにテクニックをもたらしました。

TDLAS / PAS / QEPASの原則は何ですか、また潜在的な用途は何ですか？

PAS / QEPASはTDLASから発展したもので、基本的な原則は似ています。 ガス室を通過する光の吸収を測定します。 波長可変光源により、吸収分光法を調べることができます。 分光法における指紋は、特定の種の存在と濃度を示しています。 特に1 / fノイズを回避するために、より良いS / N比を達成するために、レーザー電流をキロヘルツの範囲で変調し、高調波検出法を使用して信号を復調します。

これらの技術は、リアルタイムの微量ガスモニタリングおよび定量化を可能にする。 それらは、環境モニタリング、燃焼場分析、および医学的診断などの様々な分野に適用され得る。 たとえば、大気汚染物質の検知、地下炭鉱でのメタン濃度の測定、自動車の排ガス中の有害ガスの特定、ロケットエンジンの燃焼場の分析などに使用されています。

あなたのTDLAS / QEPASシステムにおけるMFLIの役割は何ですか？ それはどのようにあなたの人生を楽にしますか？

MFLIは単なるロックインアンプ以上のものです - それに付随するテストと測定ツールは、ゲームチェンジャーです。 MFLIとLabOneを使用すると、光源用の変調信号を簡単に生成し、光検出器/水晶音叉の応答を復調し、その結果をコンピュータにストリーミングすることができます。 私たちのQEPASシステムでは、MFLIは水晶音叉の周波数応答を得るためにも使われており、そこから内蔵の機能を使って共振周波数とQファクターをフィッティングします。 これはスイーパーツールで非常にきれいにできます。 スイーパーは、周波数だけでなく、実験中の駆動信号の任意のパラメータをスイープします。 振幅とオフセット電圧を掃引することも非常に便利です。 実験では変調度を最適化するために振幅掃引を使用し、波長調整のためにオフセット電圧を使用します。

トラブルシューティングの際には、MFLIのオシロスコープが役に立ちます。箱の中の信号を調べることができ、問題の原因をすばやく特定するのに役立ちます。 Plotterの解析ツールを使って、ピーク、ノイズフロア、平均や標準偏差などの信号統計を測定することもできます。 これらの機能のすべてがチューニングプロセスをスピードアップし、最適化から退屈さを取り除きます。 このツールセットのおかげで、プログラミングをする必要がなくなり、オフライン分析用に保存されるデータ量が大幅に削減されました。

あなたはこれまでに何を達成しましたか？ あなたの好きな作品は何ですか？

私は、Sensors and Actuators B、Applied Physics Letters、Optics Express、CLEO（レーザーと電気光学に関する会議）の議事録など、いくつかの主要ジャーナルで共著しました。 私のお気に入りの作品は、光誘起熱弾性分光法（LITES）センサーに関する最近の報告です。 従来、ＱＥＰＡＳシステムの水晶音叉は音響波検出器として機能する。 検出器は試験中のガスと接触している。 ガスは、腐食性元素、蒸気、およびその他の不純物で構成され、検出器の寿命を縮める可能性があります。蒸気と不純物が検出器表面に凝縮すると、不安定になり、さらには故障することもあります。 LITESは、音波ではなく光を使用して、このシナリオを回避するための新しいメカニズムを利用しています。 隔離されたガスセルを通過した後、光は水晶音叉によって吸収されます。 これが熱弾性膨張を引き起こし、それが次に音叉内に圧電信号を誘起する。 これは、回転フォークがガス自体と接触する必要はなく、ガスセルの外側に配置できることを意味します。 本稿では、LITESセンサーの機能を初めて実験的に実証します。 検出感度は、従来のTDLASおよびQEPASより5〜20倍優れています。

LITES技術は、2019年に「中国のトップ10の光ブレイクスルー」にノミネートされました。

どのようにLITESメソッドを思い付きましたか？

 私たちのグループは何年もの間石英ベースのガスセンサーの研究を行ってきたので、私たちは多くの経験を持ち、常に新しいアプローチを探しています。 私の上司と一緒に、私は水晶音叉の使用に関する徹底的な文献レビューをしました、そして、それらが走査型プローブ顕微鏡（SPM）、ジャイロスコープと変位センサーで広く使われていることがわかりました。 SPMコミュニティーでは、入射放射線が水晶音叉を作動させることができたと報告されていますが、これは放射線圧によるものです。 私たちはそのアイデアに触発され、この効果を他の用途に利用することが可能かどうかに興味を持っていました。 我々はいくつかの予備的なデータを集め、そして原則として、それはうまくいったが、放射圧理論と一致していなかったことを見出した。 系統的な調査の結果、我々は水晶音叉の応答が光 - 熱 - 弾性変換メカニズムによってよりよく説明されることを考え出した。 我々はLITES技術を提案し、従来のTDLASとQEPTAS技術に対してベンチマークを行った。 LITESが従来の方法を大幅に上回っていることがわかりました。

進行中の仕事は何ですか？

LITESテクニックについては未解決の問題がまだあります。 私たちの究極の目標はLITESの検出限界を増やすことです。 私たちは以前の仕事で見過ごされていたパラメータを最適化することによってそのパフォーマンスを向上させることに取り組んでいます。 また、商用製品になる可能性がある業界アプリケーションへの適応方法についても検討しています。

研究室以外でのあなたの興味は何ですか？

私は音楽、水泳、サイクリング、および他のアウトドアスポーツを聴くのが好きです。 私はまた、航空模型、特に固定翼機を操縦するのが好きです。