Chengdu – Ein Forschungsteam der University of Electronic Science and Technology of China (UESTC) hat einen kompakten, integrierten Gassensor vorgestellt, der mehrere Gase gleichzeitig mit ppb-Genauigkeit (parts per billion) und hoher Selektivität detektiert. Das System kombiniert on-chip Kerr-Soliton-Dual-Mikrokämme mit einem Array aus 12 nanomaterialfunktionalisierten Mikro-Faser-Bragg-Gittern (µFBG). Die Studie erschien in PhotoniX.
Genaue Gasdetektion ist entscheidend für Energiewirtschaft, Umweltüberwachung und medizinische Diagnostik. Herkömmliche spektroskopische Verfahren benötigen oft voluminöse Geräte oder breite Spektren und haben Schwierigkeiten bei komplexen Gasgemischen. Der neue Sensor löst dieses Problem durch präzise nanomaterialbasierte Funktionalisierung statt breiter Spektralabtastung.
Die µFBGs werden gezielt mit gasempfindlichen Nanomaterialien beschichtet (z. B. Graphenoxid-Mischungen, Metallnanopartikel, Polymere). Jede Faser erhält eine spezifische Beschichtung, die selektiv auf ein Gas reagiert – ein „Schloss-Schlüssel“-Prinzip. Beispiele: WO?/Pt für Wasserstoff, Gelatine für Feuchtigkeit. Die Dual-Mikrokämme treiben und demodulieren das Sensor-Array gleichzeitig. Jede Kamm-Linie ist einem Sensor zugeordnet, wodurch unabhängige Detektionskanäle entstehen.
Das System identifizierte in Tests erfolgreich 12 Gaskomponenten (u. a. H?, CO, NO?, NH?, Ethanol) in komplexen Gemischen. Die Nachweisgrenze lag bei 24,3 ppb in Einzelmessungen. Bei einem Gemisch mit 16 Gasen blieb der Messfehler unter 2,27 % für die Zielgase.
Die Kombination aus ultrastabilen Mikrokämmen und verstärkter Licht-Materie-Wechselwirkung an der Faseroberfläche ermöglicht diese Leistung. Der Sensor ist miniaturisiert, energieeffizient und skalierbar – ein Schritt hin zu „elektronischen Nasen“ für Echtzeit-Umwelt- und Sicherheitsüberwachung.
Die Arbeit entstand am Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications (UESTC) mit Beteiligung von Southern Power Grid Sensing Technology und dem Institute of Semiconductors (Chinese Academy of Sciences). Sie wurde durch nationale Forschungsprogramme und die China Southern Power Grid gefördert.
