: 黑磷傾斜光纖光柵器件及其光學調製示意圖, b): 重金屬離子檢測的實驗步驟, c): 不同重金屬離子濃度下TM模式共振的光譜圖, d): 不同重金屬離子濃度下光譜的共振強度圖
近日, 中國科學院深圳先進技術研究院研究員呂建成, 喻學鋒與英國班戈大學教授陳險峰等合作, 成功研製出首個基於黑磷的光纖化學感測器, 實現對重金屬離子的超靈敏檢測.
傾斜光纖光柵是一種新型的光纖器件, 大角度傾斜光柵結構能夠將纖芯光學基模前向耦合到光纖包層, 在特定的波長形成一系列離散的諧振峰, 光的耦合將隨著外界媒質折射率等的變化而變化. 因此, 傾斜光纖光柵是非常適合作為感測應用的光子器件. 黑磷是近年來廣受關注的一種具有直接帶隙二維半導體材料, 具有獨特的二維平面結構, 超高的比表面積, 眾多的活性位點, 以及從可見到紅外廣闊的光譜響應範圍, 在光學檢測方面展現出巨大的應用前景.
該研究中, 研究團隊首次將黑磷和傾斜光纖光柵相結合, 揭示了黑磷納米層獨特的光學調製作用, 藉助於傾斜光柵這種獨特的光學結構, 構建成新型的超靈敏化學感測器. 本研究發展了一種原位層疊的修飾技術, 將黑磷納米片高效地附著在光纖器件表面, 不同厚度的黑磷納米層展現出對光訊號獨特的調製性. 利用這一特性, 該黑磷光纖感測器能夠在亞ppb濃度水平檢測到重金屬鉛離子, 具有超高的靈敏度, 超低的檢測限, 以及廣闊的濃度檢測範圍. 黑磷新型光纖感測器的成功研發, 將為化學和生物感測提供一個優越的光學檢測平台, 從而推動黑磷化學生物感測器的應用研究進程.
相關研究成果發表於Sensors and Actuators B: Chemical. 該研究得到了國家自然科學基金, 歐盟 '第七框架計劃' 等的資助.
