通过纳米天线集成的窄带检测器进行非色散红外多种气体

中红外光谱范围（波长λ为2至20 µm）被称为“分子指纹”区域，其中各种气体分子表现出高度特征性的旋转或振动过渡带。值得注意的是，在中红外区域，分子跃迁的吸收强度通常比可见或近红外区域的吸收强度高10到1000倍，这样就可以使用中红外光谱气体传感器以高灵敏度和选择性唯一地识别和量化物质的存在。非色散红外（NDIR）光谱仪是中红外光谱气体传感器之一，可根据分子振动引起的中红外特征吸收波长来分析气体，并且已经有着广泛的应用，比如宽度分析、环境监测等。在传统的NDIR气体传感器中，红外检测器必须与带通滤光镜配对才能选择目标气体。但是，多路NDIR气体传感需要多对带通滤波器和检测器，这就使得传感器体积庞大且价格昂贵。

       近日，来自华中科技大学光电子信息学院和武汉国家光电子研究中心(WNLO)的Xiaochao Tan等人提出了一个由窄带红外探测器阵列组成的多路NDIR气体传感平台并且作为读出。通过将等离子超材料吸收体与热电探测器在像素级别集成在一起，探测器可以显示光谱可调和窄带光响应，从而避免了对单独的带通滤波器阵列的需求，他们展示了H2S、CH4、CO2、CO、NO、CH2O、NO2、SO2的感测。CH4、CO2和CO等常见气体的检出限分别为63 ppm、2 ppm和11 ppm。他们还检测出了混合物中两种目标气体减少的浓度。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。(詹若男）

文章链接：Xiaochao Tan et al. Non-dispersive infrared multi-gas sensing via nanoantenna integrated narrowband detectors. Nature Communications (2020) 11:5245
       https://doi.org/10.1038/s41467-020-19085-1