Ultraempfindliche Gasdetektion, ermöglicht durch die Synergie von Graphen und Subkammdynamik

Seit der Einführung von Mikrokämmen, deren Erzeugung auf der Kerr-Nichtlinearität im Mikroresonator beruht, hat der kohärente Solitonenzustand intensive Forschungen hervorgerufen. Obwohl der Betrieb von Unterkammausgängen als inkohärenter Kammzustand unkompliziert ist, wurde er in früheren Techniken oft übersehen.

Mit der Graphen-Sensibilisierung zeigt dieses Subkamm-Heterodyn-Sensorgerät eine außergewöhnliche Reaktion auf die Adsorption von Gasmolekülen und erreicht Nachweisgrenzen von 1,2 ppb für H2S-Gas bzw. 1,4 ppb für SO2-Gas.

Die von Prof. Baicheng Yao an der University of Electronic Science and Technology of China (UESTC) geleitete Forschung vereint flexible Kammbildung, Direct-Offset-Heterodyn-Detektion und Graphen-Optoelektronik und führt so zu einem einfach zu bedienenden, hochempfindlichen Miniatur-Gassensor. Das Werk mit dem Titel „Nutzung der Subkammdynamik in einem Graphen-sensibilisierten Mikroresonator zur Gasdetektion,“ wurde veröffentlicht in Grenzen der Optoelektronik.

Diese Untersuchung bietet nicht nur eine einfache Systemkonfiguration, sondern setzt auch einen neuen Standard für die praktische optoelektronische Erkennung. Mit Blick auf die Zukunft ist der interdisziplinäre Ansatz über seine Anwendung in der mikrosphärenbasierten Gassensorik hinaus vielversprechend für die Bereitstellung plattformunabhängiger Lösungen für ein breiteres Spektrum von Sensoranwendungen, einschließlich biochemischer On-Chip-Sensorik und Erzeugung und Steuerung photonischer Mikrowellensignale.

Forscher unter der Leitung von Prof. Baicheng Yao interessieren sich für optische Fasersensoren und Frequenzkämme, wobei die Miniaturgröße und der Frequenzkamm der Fasersensoren eine überragende Genauigkeit und Stabilität aufweisen.

Ihre Idee besteht darin, zunächst die Bildungsdynamik des Unterkammzustands zu nutzen, der leicht zugänglich ist und ein stabiles und erkennbares Signal für die Gaserkennung bietet. Durch die Sensibilisierungswirkung von Graphen wird das Beacon aktiviert und zeigt eine außergewöhnliche Reaktion auf Analyten.