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中国科学院上海微系统所在混合集成传感芯片用于超灵敏高选择性气体检测方面取得进展
3 小时前
近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感器技术全国重点实验室成功研制出一种混合集成气体传感硅光芯片。该芯片融合了荧光传感薄膜与光学微环谐振器，通过化学-光学双模式协同信号放大机制，突破了传统荧光气体传感器在灵敏度和选择性方面的瓶颈。研究团队针对主流氮化硅直波导结构中荧光激发效率低、信号收集效率差等问题，提出基于硅基光子集成芯片的微环谐振腔增强方案。该方案利用微环谐振腔的光谱调制特性，将宽谱荧光发射转化为离散的高品质因子谐振峰，同步改善输出信号的信噪比与光谱保真度。通过探索气体检测过程中光学折射率变化与化学响应诱导荧光光强猝灭的协同双模响应机制，实现了传感性能的显著提升。实验数据显示，该芯片的气体检测限低至1.25 ppb，灵敏度提升源于谐振波长偏移对荧光猝灭所致光强下降的放大效应。尤为关键的是，荧光强度与谐振波长两种独立物理信号可互为佐证，通过多维判据增强了识别准确性，有效解决了相似荧光猝灭行为气体难以区分的问题。此外，研究首次建立理论模型阐释协同机理，并在多种荧光探针上验证了该方法的普适性。
