识别气体分子的光电传感芯片
【暨南大学陈沁教授课题组】

 

光学传感技术具有低延时、高精度、并行和可成像的特点,在生物医学、环境、农业等领域具有重要应用。然而当前的光学传感技术通常依赖于大型复杂的光谱分析或者成像系统,限制了其在现场快检和轻载荷平台上的应用。而且气体的折射率变化和消光系数小,对于小型化的光学传感系统而言,气体检测是一个挑战。利用亚波长共振结构的光场和频谱调控技术,可以提高检测灵敏度和光谱分析能力,并获得高集成度。

暨南大学陈沁教授课题组设计了一种基于微纳结构增强光热电效应的光电传感芯片,可实现片上直接电信号输出的光学传感和片上光谱分析功能。

该设计采用金属覆盖的浅刻蚀光栅构建表面强局域和窄线宽的共振吸收模式,用于高灵敏的光学传感,并利用二氧化钒将吸收的光信号转换为电信号,用于片上直接的电信号输出。结合表面等离激元的场增强和金属有机框架材料(金属表面)的选择性气体吸附增强,此系统中光与气体分子的相互作用提高了约8000倍,在单芯片上就可实现低于100 ppm的CO2气体检测。进一步利用80个具有不同共振波长的传感器组成阵列,结合深度学习的压缩感知算法,在中红外波段获得分辨率高达0.01 nm的气体分子吸收光谱的重构。该研究成果为便携式气体检测提供了一种新的技术途径。

基于微纳结构增强光热电效应的光电传感芯片

该研究成果以“On-chip readout plasmonic mid-IR gas sensor”为题,作为内封面文章发表在英文期刊 Opto-Electronic Advances 2020年第7期。

研究团队简介

暨南大学纳米光子学研究院陈沁教授团队致力于片上集成的光电传感检测技术研究,聚焦微纳光学结构增强检测灵敏度和片上微系统集成,开发出了片上直接电读出宽带光学传感器、CMOS光谱分析集成芯片等。团队成员包括文龙副教授和博硕士研究生。陈沁教授入选中科院百人计划、广东省杰青,是英国皇家学会牛顿高级学者,全国优秀博士学位论文获得者,已发表研究论文70余篇,授权美国发明专利3项和中国发明专利10余项,部分成果入选中国光学十大进展。

相关论文

Chen Q, Liang L, Zheng Q L, Zhang Y X, Wen L. On-chip readout plasmonic mid-IR gas sensor. Opto-Electron Adv 3, 190040 (2020).

DOI:10.29026/oea.2020.190040