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近日，我校大气物理学院、气候系统预测与变化全国重点实验室夏海云教授团队在气体探测技术领域取得重大突破。该团队提出宽光谱范围、单光子扫描光谱的创新方法，成功研发出可探测多种易燃易爆、有毒有害气体的单光子激光雷达，相关研究成果已在国际光学著名期刊《Optics Express》发表，为化工园区、城市地下管网、矿井巷道等关键场景的气体安全监测提供了全新解决方案。

当前，易燃易爆、有毒有害气体的高灵敏遥感监测在多个重要领域中至关重要，但现有探测技术始终存在难以突破的瓶颈。其中，基于太阳背景光的光谱技术受限于光源条件，无法实现昼夜连续监测；主动探测技术虽可借助宽光谱光源完成多气体同时探测，却难以兼顾宽光谱范围与高灵敏度；而近年来出现的双光梳干涉技术，尽管能实现光谱到射频谱的映射，但其相干或直接探测的实现成本极高，难以大规模推广应用。

夏海云教授团队提出的单光子激光雷达技术，成功打破了上述技术局限。该技术光谱覆盖范围超100 纳米，可精准涵盖数十种气体成分的特征光谱区域，系统每秒能完成 50 次高速扫描，仅通过单次扫描就能实时判断是否存在气体泄漏，极大提升了气体监测的效率与时效性。该激光雷达系统的核心竞争力，源于其硬核的设备配置与创新性的自校准方法，具体包括宽谱光源覆盖范围广、窄带滤波有效抗背景干扰、高灵敏低噪声单光子探测器性能卓越、镜像比对自校准提升反演准确性、高速测量消除湍流影响五大关键技术亮点。

实际测试数据进一步验证了该系统的“精准度”。测试中，采用 1.9 毫瓦激光功率、1 秒探测时间，对 CO、H¹³CN、C₂H₂和 NH₃四种气体的路径积分浓度进行了长时间监测。图 3展示了四种气体实验与拟合结果具有高度一致性，图4 则显示四种气体的测量准度均优于 0.2%，精度优于 2%，充分证明了该系统在实际应用中的可靠性与精准性。

据悉，该论文第一作者为我校大气物理学院博士研究生韩豪彬，责任作者分别为余赛芬博士和夏海云教授。研究过程中，团队得到了杭州光在科技有限公司（单光子探测器生产支持）、国家碳计量中心[福建]（应用场景支持）、北京长城计量测试技术研究所（标准气体与检测支持）的大力协助，为成果的顺利研发与落地提供了重要保障。

论文：

H. Han, K. Guo, L. Yi, Z. Li, J. Hu, S. Yu, Z. Zhang, T. Wu, J. Qiu, and H. Xia, “Remote Sensing of Flammable and Toxic Gases via IPDA Lidar with InGaAs/InP Single-Photon Detector over C+L band,” Optics Express, 33(18), 38828-38840(2025).

链接：

https://doi.org/10.1364/OE.572795

图1 例举7种气体吸收截面

图2 单光子探测多种易燃易爆、有毒有害气体遥感激光雷达光学原理图

图3 实测CO、H13CN、C2H2、NH3（多峰结构）吸收光谱

图4 气体路径积分浓度探测精准度测试