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2024 article

Slow-Light-Enhanced Polarization Division Multiplexing Infrared Absorption Spectroscopy for On-Chip Wideband Multigas Detection in a 1D Photonic Crystal Waveguide

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3Institutions déclarées
2Pays d’affiliation déclarés

Rattachement africain : cn, hk. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Slow-light photonic crystal waveguide (PCW) gas sensors based on infrared absorption spectroscopy play a pivotal role in enhancing the on-chip interaction between light and gas molecules, thereby significantly boosting sensor sensitivity. However, two-dimensional (2D) PCWs are limited by their narrow mode bandwidth and susceptibility to polarization, which restricts their ability for multigas measurement. Due to quasi-TE and quasi-TM mode guiding characteristics in one-dimensional (1D) PCW, a novel slow-light-enhanced polarization division multiplexing infrared absorption spectroscopy was proposed for on-chip wideband multigas detection. The optimized 1D PCW gas sensor experimentally shows an impressive slow-light mode bandwidth exceeding 100 nm (TM, 1500–1550 nm; TE, 1610–1660 nm) with a group index ranging from 4 to 25 for the two polarizations. The achieved bandwidth in the 1D PCW is 2–3 times that of the reported quasi-TE polarized 2D PCWs. By targeting the absorption lines of different gas species, multigas detection can be realized by modulating the lasers and demodulating the absorption signals at different frequencies. As an example, we performed dual-gas measurements with the 1D PCW sensor operating in TE mode at 1.65 μm for methane (CH 4 ) detection and in TM mode at 1.53 μm for acetylene (C 2 H 2 ) detection. The 1 mm long sensor achieved a remarkable limit of detection (LoD) of 0.055% for CH 4 with an averaging time of 17.6 s, while for C 2 H 2, the LoD was 0.18%. This polarization multiplexing sensor shows great potential for on-chip gas measurement because of the slow-light enhancement in the light–gas interaction effect as well as the large slow-light bandwidth for multigas detection.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Slow-Light-Enhanced Polarization Division Multiplexing Infrared Absorption Spectroscopy for On-Chip Wideband Multigas Detection in a 1D Photonic Crystal Waveguide
Date Crossref
16/02/2024
Éditeur
American Chemical Society (ACS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Jilin University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • Hong Kong Polytechnic University Department of Electrical Engineering and Photonics Research Institute pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • College of Electronic Science and Engineering State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • College of Biological and Agricultural Engineering Key Laboratory of Bionic Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure

Jilin University, State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics et Department of Electrical Engineering and Photonics Research Institute — Hong Kong Polytechnic University, avec 2 autres affiliations.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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