近日，耶路撒冷希伯来大学的研究团队发表了一项创新研究，宣布他们成功研发出一种基于微梳与表面等离激元共振（SPR）耦合的多参数光谱检测技术。这种新型的光谱技术能够在紧凑的平台上实现高灵敏度、多维度的检测。该研究以“Plasmonic-enhanced multiparameter direct microcomb spectroscopy”为题，发表在《Optica》杂志上。频率梳（microcomb）作为一种多功能光源，已在光学合成、传感和精密光谱等领域展现出广泛应用潜力。然而，将频率梳与等离激元系统结合以提升光谱检测的灵敏度和多样性，仍然是一个未被充分探索的领域。在此次研究中，研究团队成功将微梳与水包覆的棱镜型等离激元共振器集成在一起，开发出了一种新型的光谱技术平台。这种平台利用了基于硅氮化物（SiN）的微环谐振器生成的频率梳，通过将频率梳的光耦合到表面等离激元共振器（SPR），实现了多维度、宽带直接光谱检测。研究表明，这种结合增强了光谱系统的灵敏度，并为广泛的化学和生物传感应用开辟了新的途径。![]()
图1：器件示意图。
在实验中，研究团队首先通过一个氧化物包覆的硅氮化物微环谐振器生成频率梳，该频率梳光束随后被引导至一个镀有纳米层金的棱镜，支持表面等离激元共振（SPR）。通过调整入射角度，团队测量了在广泛频率范围内的等离激元线形，展现了该系统在宽带检测中的强大能力。此外，研究团队还演示了将微梳光束分离到两个不同频段，以便同时检测多个频谱信号的可行性。
研究表明，这种微梳与SPR耦合的光谱系统不仅可以探测宽带信号，还能实现复杂的分析，包括检测样品的多种光谱特性，如频率色散和共振特性。这一成果为多物种传感提供了强大的工具，使得通过简单的频谱解复用就能实现多样本的同时检测。与传统光谱技术相比，微梳与等离激元共振的结合具有显著优势。首先，微梳提供了极宽的频谱范围和高光谱纯度，使得该系统在频率和振幅噪声方面表现优异。其次，该系统具有极高的时间和空间分辨率，能够快速获取数据并降低检测成本。尤其是在双梳光谱技术中，该系统能够在射频域中实现复杂的光谱检测，从而大大提高检测的灵敏度和精度。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/OPTICA.524945
