1992 — azaz lényegében az ELTE fizikus szakának 1989-ben történt elvégzése —óta foglalkozom a fotoakusztikus téma kutatásával. Hamar nyilvánvalóvá vált számomra az ellentmondás, hogy bár a fotoakusztikus témával foglalkozó tudományos publikációk döntő többségében a szerzők kifejezetten hangsúlyozzák az adott cikkben közölt mérési elrendezés, elv, módszer stb. ígéretességét a gyakorlati alkalmazásokban, az ismertetett eredmények szinte mindig megmaradnak a kísérleti laboratóriumok falai között, azaz gyakorlati alkalmazásukra legtöbbször nem kerül sor. Fokról-fokra vált világossá előttem ennek az ellentmondásnak a véleményem szerint három legfontosabb oka. Az első, és egyúttal talán a legfontosabb ok a fotoakusztikus mérésekben legelterjedtebben használt lézerek, mint pl. a szén-dioxid, illetve szén-monoxid gázlézer, az optikai parametrikus oszcillátorok illetve a kvantumkaszkád lézer bonyolultsága. Habár e lézerek alkalmazásával ppb, vagy ppb alatti koncentrációk mérésére alkalmas fotoakusztikus rendszerek fejleszthetők, és így figyelemreméltó tudományos cikkek publikálhatók, e fényforrások túlságosan bonyolulttá teszik a fotoakusztikus rendszereket a gyakorlati alkalmazásokhoz. Továbbá mivel sok esetben e lézerek különböző tulajdonságai (pl. hullámhossz, fényteljesítmény, nyalábalak, módusszerkezet, terjedési irány stb.) spontán módon változhatnak a működésük során, ezért a rájuk alapozott fotoakusztikus rendszerek legtöbbször nem képesek hosszú távú automatikus működésre, mivel a változások hatására a mért fotoakusztikus jel olyan változásokat szenved, melyeket nem, vagy csak igen komplikált módon, a mérőrendszert jelentősen bonyolítva lehet automatikus módon korrigálni.
A fotoakusztikus módszer (és általában a lézeres spektroszkópiás módszerek) gyakorlati elterjedését gátló második probléma, hogy a módszer alkalmazása során használt modulált fényű (periodikus módon modulált vagy impulzus üzemű) fényforrás által keltett fotoakusztikus jel nagy pontosságú, zajszegény detektálására bonyolult és drága műszerek, jellemzően lock-in erősítő vagy digitális tároló oszcilloszkóp alkalmazására van szükség.
Habár e műszerek segítségével nagypontosságú fotoakusztikus mérések végezhetők, ugyanakkor önmagukban nem képesek teljes mértékben ellátni a fotoakusztikus rendszer
vezérlését (pl. lézermeghajtás, a kritikus elemek hőmérsékletének stabilizálása, mintavevő- és gázkezelő-egység vezérlése stb.) és a fotoakusztikus jel feldolgozását (pl. mikrofonjel erősítése), ezért több önálló műszerből kell összeépíteni egy komplett fotoakusztikus mérőrendszert, ami így igen bonyolulttá válik, továbbá az egyes önálló műszerek működése nehezen szinkronizálható. Az 6.1. ábrán a kísérleti munkánk korai szakaszában végrehajtott fotoakusztikus mérés során használt műszerek láthatók, jól demonstrálva a kereskedelmi forgalomban kapható műszerekre alapozott fotoakusztikus rendszerek bonyolultságát.
6.1. ábra. Egy kereskedelmi forgalomban kapható lock-in erősítőre alapozott fotoakusztikus rendszer elektronikai egységei. Alulról felfelé haladva: mikrofonerősítő, lock-in erősítő,
rendszervezérlő elektronika és lézermeghajtó.
Végül a harmadik probléma, amely véleményem szerint gátolja a fotoakusztikus módszer gyakorlati elterjedését, elsősorban pszichológiai jellegű: egy olyan bonyolultnak látszó jelenség esetében, amelyben a jelkeltés során optikai, molekuláris termikus és akusztikus jelenségek is fellépnek, az emberben óhatatlanul felmerül a kétely a módszer gyakorlati alkalmazhatóságát illetően.
Munkám során számos erőfeszítést tettem a fotoakusztikus módszeren alapuló mérőműszerek gyakorlati elterjedését gátló nehézségek leküzdésére.
Azon fotoakusztikus rendszerek, melyek kifejlesztésében részt vettem fényforrásként (néhány kivételtől eltekintve) telekommunikációs célú diódalézereket alkalmaztunk. E lézerek hosszú élettartammal rendelkeznek és nagy fokú megbízhatósággal működnek, így használatuk annak ellenére előnyös, hogy e lézerek a közeli infravörös tartományban működnek, ahol a molekulák elnyelési vonalaihoz tartozó optikai abszorpciós koefficiensek több nagyságrenddel kisebbek, mint a közép infravörös tartományban, ezáltal az elérhető legkisebb kimutatható koncentráció a CO és CO2 lézereken alapuló fotoakusztikus mérésekre jellemző ppb helyett a ppm koncentrációtartományba esik. Ennek a kb. 3 nagyságrendnyi
érzékenységcsökkenésnek a kompenzálására olyan alkalmazásait kerestük a fotoakusztikus módszernek, ahol a fenti érzékenységek elegendőek, miközben az általunk kifejlesztett rendszerek nagy fokú megbízhatóságára alapvető szükség van.
A fotoakusztikus rendszerek egyszerűsítésének érdekében 2001 óta együttműködést folytatunk a Videoton Holding Zrt. Fejlesztési Intézetével. Az együttműködés eredményeként létrejött a 6.2. ábrán látható fotoakusztikus elektronika, amit jelenleg is alkalmazunk munkánk során.
6.2. ábra. A Videoton Holding Zrt. Fejlesztési Intézettel történt együttműködés keretében kifejlesztett integrált fotoakusztikus mérőelektronika.
A fenti elektronika nagy előnye egyrészt a csökkentett méret, másrészt a magas fokú integráltság. A rendszer egyszerre ellátja egy lock-in erősítő, egy lézermeghajtó (ami vagy egy diódalézer áramgenerátor és hőmérséklet-szabályzó, vagy egy Nd:YAG lézer meghajtó-vezérlő) és egy mikrofonerősítő feladatát. Továbbá az elektronika segítségével rugalmas módon lehet előállítani különböző, nem szokványos időjeleket, melyekkel a fotoakusztikus rendszer fényforrása gerjeszthető, illetve e speciális gerjesztésekre adott válaszai a fotoakusztikus rendszernek az elektronika segítségével egyszerűen és rugalmas módon kiértékelhetők, ahogy azt a dolgozatomban ismertettem. A speciális gerjesztések segítségével a fotoakusztikus rendszerekben különböző fajta önellenőrző funkciók hozhatók létre, melyek alapvető fontosságúak a fotoakusztikus mérések megbízhatóságának szempontjából. Fontos megjegyezni, hogy egy hagyományos lock-in erősítővel az általunk használt önellenőrző funkciók jelentős része nem, vagy csak igen bonyolult módon valósíthatók meg.
Végül a fotoakusztikus módszer ismertségének, elfogadottságának növelése érdekében publikációkban, konferenciákon, kiállításokon és szakmai megbeszéléseken számos alkalommal beszéltem a fotoakusztikus módszerről, annak előnyeiről, lehetséges alkalmazásairól. Remélem, hogy ezzel sikerült hozzájárulnom a szűk szakmai közvéleményen túl csak viszonylag kevés ember által ismert fotoakusztikus módszer ismertségének növekedéséhez.