图1：物理概念示意图。
本研究提出了一种基于锗光子平台的槽波导（SlW）传感器，该传感器不仅具有高达45.2%的光场限制因子，还能将传播损耗控制在1.93 dB/cm。这一突破极大地提升了传感器的灵敏度和检测下限，其在二氧化碳吸收光谱的关键波长4.23 μm下，可以精确检测到CO2，并实现了0.627 ppm的检测极限（LoD）。研究团队通过晶圆直接键合技术成功制造出面积仅为2.14平方毫米的紧凑型螺旋结构Ge-OI槽波导传感器，展示了卓越的重复性和高稳定性。而Ge-OI平台提供了更宽的透明窗口，特别是在8 μm以上波段，使得其在更广的中红外范围内具有优势。这种新型平台不仅可以实现更高效的光场限制，还能利用成熟的CMOS工艺进行大规模制造。
这一研究表明，基于Ge-OI平台的光学传感器在未来有望广泛应用于气体监测、生物传感等多领域，并为进一步提升中红外光谱技术设立了新的标准。通过集成激光源和探测器，该平台将有望发展成为超紧凑、高灵敏度的中红外生物化学传感器。在未来，该团队计划进一步优化传感器的性能，以适应更多种类的气体监测需求，例如甲烷（CH4）、一氧化氮（NO）等。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.4c01185
