Highly sensitive optical sensor for hydrogen gas based on a polymer microcylinder ring resonator
摘要\n利用非晶态钯( Pd )内纳米膜和聚二甲基硅氧烷( PDMS )外聚合物层制备的聚合物微圆柱环形谐振器( PMRR )，实现了一种高灵敏的氢气传感平台。该传感方案基于监测高质量的光学共振，称为耳语廊模式( WGMs )的光谱位移，该模式传播在PDMS层外缘附近，而不受Pd纳米薄膜引起的吸收和散射损失的影响。单模锥形光纤与PMRR耦合激发WGMs，观察到的WGMs的可逆光谱位移是由不同浓度H2作用下Pd纳米膜膨胀或收缩引起的PDMS层直径的变化引起的。以氮气( N2 )为载体，在H2浓度为1 %时，对不同厚度的Pd纳米薄膜制备的传感器进行了最大光谱位移灵敏度140 pm / % H2、最低响应时间95 s和最低检测限60 ppm的测试。在沉积后的空气或N2气氛中退火的Pd纳米薄膜也进行了实验。在这两种情况下，由于薄膜内部形成较大的晶粒，导致H在Pd层中的扩散较慢，溶解度降低，导致灵敏度降低。还研究了氧气和湿度对传感器性能的影响。