硅基芯片上双慢光增强光热气体光谱
光学
2025-11-12 v1
摘要
集成光子传感器最近因其高密度集成潜力而受到广泛关注，但由于光-气体相互作用弱，面临着对探测高灵敏度气体的挑战。慢光通过光能空间压缩显著增强光-物质相互作用，提供了有前景的解决方案。本文演示了一种基于 CMOS 兼容硅基平台的悬挂光子晶体波导（PhCW）的双慢光方案，用于增强光热光谱（PTS）的灵敏度。通过调制 PhCW 的色散以生成结构性慢光，以增强泵浦吸收和探针相位调制，我们实现了光热效率为 3.6×10⁻⁴ rad cm·ppm⁻¹·mW⁻¹·m⁻¹，显著高于条形波导和光纤（高出 1-3 个数量级）。采用 1 毫米长的感知 PhCW 集成在稳定的单片 Mach-Zehnder 干涉仪中，占据 0.6 mm² 的面积，我们演示了乙烯检测灵敏度达 1.4×10⁻⁶（以噪声等效吸收长度乘积（NEAL）表示），这是我们所知最好的光子波导气体传感器之一。双慢光增强的 PTS 为高灵敏度、 miniaturization（微型化）和具有成本效益的大规模生产铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2511.07740,
title = {Dual slow-light enhanced photothermal gas spectroscopy on a silicon chip},
author = {Kaiyuan Zheng and Zihang Peng and Hanyu Liao and Yijun Huang and Haihong Bao and Shuangxiang Zhao and Yu Zhang and Chuantao Zheng and Yiding Wang and Wei Jin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.07740},
year = {2025}
}