乘着激光“上天入地”

在当今科技快速发展的时代，环境监测和安全生产已成为社会关注的重点。作为国家优秀青年科学基金获得者和“青年三晋学者”特聘教授，山西大学的董磊教授长期致力于将激光光谱传感技术应用于工业、环境、电力和医疗等领域。他的团队在光声气体检测领域取得了重要突破，开创性地将激光气体传感技术与无人机自组网技术相结合，开发出一种创新的污染气体监测平台。

作为山西大学物理电子工程学院电子系主任，他还积极响应“双一流”建设的号召，推动教育改革，致力于培养基础扎实、理想信念坚定的创新型工程师，为新时代电子信息人才的培养做出了贡献，成为科研与教育相互促进、共同发展的生动例证。

 

 

前沿探索：新发明引领光声气体检测领域的重大进展

光声传感技术作为一种传统的气体检测方法，面临着灵敏度不足、响应速度慢、校准复杂以及无法同时检测多种气体等挑战。为了解决这些问题，董磊及其研究团队经过长期努力，提出了一系列创新解决方案。

董磊团队设计了新的微型声腔结构，并成功发明了微型声腔谐振增强技术。这项技术使得光声气体传感器的灵敏度从百万分之一提高到了十亿分之一，显著提高了检测能力。团队发明了一种新的快速响应测量技术，利用本地振荡信号与石英谐振测声模块的瞬态响应衰荡信号混频，实现气体浓度的快速免校准检测。这一创新将光声气体传感器的响应时间从10秒缩短至仅70毫秒，提升了超过两个数量级，标志着该领域的重要进展。此外，团队还有效优化了石英谐振器的振动模式，通过增强高阶谐振信号，实现同一腔体中多种气体的同时检测。一系列技术突破获得不仅为气体检测领域注入了新的活力，也为国家在重大工程应用中提供了强有力的支持。

创新应用：新技术推动无人机激光气体监测平台的发展

随着“天地空”一体化监测体系建设需求的日益迫切，有效监测地表边界层的污染气体成为一项重大挑战。董磊团队开创性地将激光气体传感技术与无人机自组网技术相结合，开发一种基于无人机自组网的污染气体激光监控平台。这一创新应用填补了传统监测方法在0.1到1公里高度监测的空白，为化工企业的安全生产提供了高科技监管手段。

该无人机激光气体监测平台采用了董磊教授主导开发的微型多通池技术和石英增强光声探测器，实现了微型化与高精度的完美结合。这些创新突破了传统激光气体传感器体积大、重量重以及易受环境噪声干扰的局限。

团队设计的甲烷激光气体监测装置仅重725克，功耗仅为1.4瓦，显著提高了无人机的搭载能力和续航时间，并被国家环境监测总站成功应用于2022年北京冬奥会张家口赛区空气质量检测应急保障。

此外，董磊还开发了跨域单卷积神经网络模型和数据驱动的机器学习算法。该算法能够有效处理气体、图像、位置等多源异构数据，实现气体表征和无人机导航的同步。更为重要的是，这些算法使无人机集群能够协同追踪和定位排污源，极大地提升了监测的效率与准确性。

教书育人：新举措培养电子信息领域的卓越创新人才

董磊认为，建设“双一流”大学的核心在于培养一流的人才。他主导设计了一个“四横三纵”式的课程体系。“四横”是指数学课、专业课、实践课和计算机课的四条横向主线，而“三纵”则是指按照研究方向归类的纵向课程模块。该课程体系使学生可以根据自身发展规划，搭建个性化的学习路径，有效解决学生学习动力不足问题。此外，他还推动开发了26门具有行业特色的专业课程，以确保人才培养与地方新兴产业的发展需求相协调。

在实践端，董磊全面推进了“1+1”协同育人方法改革。通过学科竞赛和产教融合加强与企业的合作。在原有的实践体系基础上，他引导企业深度参与专业建设，并通过四个校企合作基地促进学生的实践能力提升。此外，他还设计并推行了双导师制，组织校内外双导师联合组成攻关团队，使更多学生参与到原创性实践活动中，从而提升创新能力。

在思想政治教育方面，董磊和他的团队开展“卓越计划+”建设，丰富了卓越工程师素养课程中的思政元素。教学团队深入挖掘教学环节中的思政内容，为教师在授课中开展思政教育提供了丰富的素材，努力实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一。经过四年的实践，这一育人模式取得了明显成效：山西大学电子信息类两个专业分别获批国家级和省级一流专业建设点，5门课程成为省级一流课程，出版6本本科生教材。此外，团队还建立了4个校企合作基地和2个开放实验室，主持省部级教改项目13项，并在学科竞赛中获得了118项奖励，其中包括47项国家级奖励和71项省级奖励。这一教育创新成果荣获山西省本科教学成果一等奖。（山西大学激光光谱研究所供稿）

（责编：张若涵）