香港理工大學(xué)深圳研究院靳偉教授團(tuán)隊在國家自然科學(xué)基金委重大項目等的資助下，在光纖傳感領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，將氣體傳感器的靈敏度和動態(tài)范圍同時提升了約3個數(shù)量級。其最新研究成果“ultra-sensitive all-fibre photothermal spectroscopy with large dynamic range”(超靈敏、大動態(tài)范圍全光纖光熱光譜分析法)于4月13日在nature communications(《自然?通訊》)在線發(fā)表。

　　痕量氣體探測在環(huán)境、醫(yī)療、安防等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。基于光纖的氣體探測能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、多點(diǎn)復(fù)用、組網(wǎng)及遠(yuǎn)程監(jiān)測，是近年來光纖傳感的前沿研究領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)的吸收型光纖氣體傳感器由于光與物質(zhì)作用效率不高，背景及模式噪聲大，其傳感靈敏度很難突破1ppm，動態(tài)范圍一般限制在3個數(shù)量級左右。
　　靳偉團(tuán)隊研究了空芯光子帶隙光纖中的光熱相位調(diào)制效應(yīng)，提出了一種新的超靈敏的痕量氣體檢測方法，它克服了傳統(tǒng)光纖氣體傳感系統(tǒng)的主要限制因素，實(shí)現(xiàn)了2ppb的氣體(乙炔)探測靈敏度和近6個數(shù)量級的動態(tài)范圍。
　　該方法基于氣體分子吸收產(chǎn)生的光熱效應(yīng)，利用其引起的周期性相位調(diào)制，結(jié)合先進(jìn)的光纖干涉儀相位解調(diào)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氣體檢測。通過應(yīng)用空芯光子帶隙光纖有效地提高了光和物質(zhì)作用的能量密度和氣室長度，大大增強(qiáng)了傳感器中因氣體吸收而產(chǎn)生的相位調(diào)制。這種全光纖傳感系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)光熱干涉系統(tǒng)中光與物質(zhì)相互作用弱、體積大且需要精密對準(zhǔn)、難以實(shí)現(xiàn)光子集成等弱點(diǎn)，充分利用了通訊波段光器件的價格低、技術(shù)成熟、資源豐富等優(yōu)勢。該方法對于具有光譜吸收的液體和氣體檢測具有普適性，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、化學(xué)及生物化學(xué)等重要領(lǐng)域的痕量物質(zhì)檢測。