提升3个数量级香港理工光纤传感领域研究获进展

　　香港理工大学深圳研究院靳伟教授团队在国家自然科学基金委重大项目等的资助下，在光纤传感领域取得重要进展，将气体传感器的灵敏度和动态范围同时提升了约3个数量级。其最新研究成果“ultra-sensitive all-fibre photothermal spectroscopy with large dynamic range”(超灵敏、大动态范围全光纤光热光谱分析法)于4月13日在nature communications(《自然•通讯》)在线发表。

　　痕量气体探测在环境、医疗、安防等领域具有重要应用。基于光纤的气体探测能够实现小型化、多点复用、组网及远程监测，是近年来光纤传感的前沿研究领域。然而，传统的吸收型光纤气体传感器由于光与物质作用效率不高，背景及模式噪声大，其传感灵敏度很难突破1ppm，动态范围一般限制在3个数量级左右。
　　靳伟团队研究了空芯光子带隙光纤中的光热相位调制效应，提出了一种新的超灵敏的痕量气体检测方法，它克服了传统光纤气体传感系统的主要限制因素，实现了2ppb的气体(乙炔)探测灵敏度和近6个数量级的动态范围。
　　该方法基于气体分子吸收产生的光热效应，利用其引起的周期性相位调制，结合先进的光纤干涉仪相位解调技术，实现气体检测。通过应用空芯光子带隙光纤有效地提高了光和物质作用的能量密度和气室长度，大大增强了传感器中因气体吸收而产生的相位调制。这种全光纤传感系统克服了传统光热干涉系统中光与物质相互作用弱、体积大且需要精密对准、难以实现光子集成等弱点，充分利用了通讯波段光器件的价格低、技术成熟、资源丰富等优势。该方法对于具有光谱吸收的液体和气体检测具有普适性，可广泛应用于医学、化学及生物化学等重要领域的痕量物质检测。