【光声效应】
1880年，美国科学家A. G. Bell于固体中观测到光声效应。此后，研究人员在液体、气体中发现光声效应。
以气体分子红外特征性吸收为例，光声光谱技术的基本原理如下图所示，可以概括为：当激发光照射在待测气体上，气体分子选择性地吸收光能并跃迁到高能级。高能级的气体分子状态不稳定，会发生无规则碰撞，并且主要以无辐射跃迁的形式回到低能态。这个过程中，被吸收的光能部分转化为气体的平动能，表现为气体温度的升高，在密闭空间内，一方面，气体温度升高会引起气体体积的膨胀，如果入射光的频率是周期性调制的，那么气体体积将会周期性膨胀收缩，产生光声压力波。通过选取合适的声波传感器，可以实现微弱光声信号的提取。一般地，光声信号的强度正比于所使用的声波传感器的灵敏度、气体分子红外吸收系数、气体浓度以及激发光的功率。基于此原理，我们可以实现对气体浓度的测定。
【柔性光声气体传感技术】
得益于光声光谱微量气体检测技术的出色性能，其已在变压器油中溶解气体分析等领域开展广泛应用。根据GB/T 7252-2001，变压器油中溶解特征气主要包括氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳以及二氧化碳。
二氧化碳气体分子较为特殊，尤其是二氧化碳作为最重要的温室气体，使得对于二氧化碳的精准检测尤为重要。然而，二氧化碳气体分子具有较低的振动-转动跃迁速率，因此其弛豫时间较长，使用高频调制的手段进行光声信号的激发、检测存在信噪比变差的情况，因此低频检测尤为重要。为了弥补传统光声池的材料多基于黄铜、不锈钢、铝等金属材料制成的圆柱管所导致的内表面精细度差、光在内表面传输效率低等缺点，我们提出基于泄露型空芯光纤的柔性光声气体传感方案，其原理示意图如图所示。
我们基于泄露型空芯光纤的柔性光声气体传感法，在考虑声学粘滞阻尼、光传输损耗的基础上对经典光声光谱理论进行了修正补偿，并且用有限元分析的手段将修正模型与实验结果进行了比对，拟合效果较好，实现了对实验结果的精准预测。
【光纤声波传感技术】
声波传感器的性能表现决定一个光声光谱系统的整体性能的优劣。为了追求更高的检测灵敏度。
我们设计了一种基于钛膜的光纤F-P膜片式声波传感器，膜片的半径为4.5mm、厚度3μm。传感器的共振频率为410Hz，在110Hz处的灵敏度达到126.6nm/Pa，在110Hz处的信噪比比电学麦克风高20.8dB，其结构示意图如图所示。
此外，我们还设计了一种基于无膜结构的超高灵敏度光纤麦克风，使用圆柱空芯PVC管作为声学换能器，在共振频率处，光纤麦克风的灵敏度超过6800nm/Pa。在1000Hz处的声压灵敏度和最小可检测声压水平分别达到315.3nm/Pa以及-20.4dB/Hz1/2(1.9μPa/Hz1/2)，均达到当时的世界最好水平，传感器的结构示意图如图所示。
