《Nature Nanotechnology》：光纤尖端的混合电子-光子传感器！
软件界面
大多数传感器，依赖于感兴趣的测量的电气参数的变化。它们通过电线和电子电路直接读出，原则上技术上很简单，但它受到电磁干扰，阻碍了它在几个工业环境中的应用。光纤传感器能克服这些限制，因为传感区域和读出区域可以相隔，有时相隔数公里。
在此，来自荷兰埃因霍温理工大学的L. Picelli等研究者通过展示集成在光纤尖端的混合电子-光子传感器，将电子传感器的灵敏度和灵活性与光学读出的优势结合起来。相关论文以题为“Hybrid electronic–photonic sensors on a fibre tip”发表在Nature Nanotechnology上。
传感器是现代技术的基石。它们对于监测工业过程、环境、医疗保健、所有车辆和设备中的物理和化学参数至关重要，并且它们的部署正在迅速增加。大多数传感器都是基于电子设备，通过其对电气参数(例如，导线的电阻)的影响来感知感兴趣的测量。这些传感器通过电缆连接到读出单元。然而，传感器和读出器之间的这种有线连接具有有限的物理距离，并且受到电磁干扰和静电放电的影响。光纤传感器，其测量值被转换为光学参数的变化(例如，光纤布拉格光栅的折射率)，已经被研究和部署，以避免这一些问题，因为光学读出可以在长距离(公里)上进行，并且对电磁干扰不敏感。
然而，由于折射率对典型测量值的灵敏度比较小，因此就需要较高的光谱分辨率进行读数，导致设备成本比较高。例如，二氧化硅折射率的相对温度灵敏度在室温附近为dn/dT/n≈10-5°C-1，而普通电阻传感器的温度系数在dR/dT/R≈10-3至10-1°C-1范围内要大得多。因此，光学领域的传感通常更具挑战性。这是相关的问题，问是否直接光学读出的电子传感器是可能的。一种简单的实现方法是将传感器连接到光纤上进行供电和信号传输，但现有的解决方案依赖于共封装的分立组件，这使得它们既昂贵又笨重。利用电光效应能轻松实现从电到光的直接转换，这已经在超导量子电路互连的背景下得到了积极的研究，例如，使用电光调制器，以及用于感应电场。
然而，读出无源电子传感器意味着测量其电流-电压特性，这也需要注入电流。在这篇文章中，研究者提出了一种混合纳米电子光子传感器，它可以在一个微小的光纤尖端装置中通过电气和光学功能的密切集成，以完全光学的方式来进行询问。光纤的切割尖端已经被证明是一个有趣的和通用的平台，通过适应光纤末端的敏感元件设计，能轻松实现用于大范围化学，生物和物理参数的紧凑型传感器。
通过研究者的方法，研究者的目标是引入一种关键能力，通过使完全光学读取电子传感器成为可能，开辟新的传感模式。为了驱动所提出的电子器件，电流是通过光伏效应在半导体p-i-n结中局部产生的，而其电压响应是通过监测嵌入纳米光子电光结构特性的变化来检测的。如图1a所示，整个电路，包括一个电流源，一个二极管和一个电压表，完全位于光纤尖端(直径约120 μm)的表面上，从而形成一个非常紧凑的传感器，可以在很远的距离上通过光纤读取。此外，选择较宽的频谱共振和所采用的调制方案大大放宽了对讯问系统的要求，简化了其实际实施。
在这里，研究者通过展示集成在光纤尖端的混合电子-光子传感器，将电子传感器的灵敏度和灵活性与光学读出的优势结合起来。该传感器基于电光纳米光子结构，利用静电和电磁场的强共定位同时实现电压到波长的转导和反射率的调制。研究者演示了通过光纤读取电光二极管的电流-电压特性的可能性，因此它的变化是由于环境。作为概念验证，研究者展示了该方法在低温传感中的应用。这种方法允许光纤传感利用大量的电传感模式工具箱来进行许多不同的测量。
综上所述，研究者展示了一种基于光纤尖端的电光PhC的光学询问电子传感器的方法。实现了基于该方案的光纤尖端二极管，并通过光读取由光电流产生的二极管的电压来测量其电学特性。作为概念验证，研究者将该设备应用于低温温度传感器，表明电气参数的光学读出允许在光学性质几乎与温度无关的范围内测量温度。所提出的传感器仍旧能通过表面钝化来优化结的电特性，并使用平衡检测来降低噪声。先进的方案能更加进一步包括通过不同的核心同时读出几个电压，因此能感应多个参数。（文：水生）
本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系，未经许可谢绝转载至其他网站。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
一起银行股权拍卖背后，涉4年前非法集资大案，700亿金诚集团“轰然倒塌”始末
印度一苦行僧举起手臂，并决定不再放下，50年后，右臂成皮包骨
美媒称王毅月底将访美 此前布林肯表态：希望延续对线诺贝尔文学奖揭晓 中国女作家残雪已连续陪跑3年
美媒称王毅月底将访美 此前布林肯表态：希望延续对线诺贝尔文学奖揭晓 中国女作家残雪已连续陪跑3年
约7.5万名医护人员参与！美国史上规模最大医疗罢工上演，涉事集团曾被奥巴马视为榜样
新一代安卓“皇太子”谷歌Pixel 8/Pixel 8 Pro高清上手图赏
