近日，信息学院邹毅课题组受邀在《应用物理评论》(Applied Physics Reviews) 发表了题为“Advancements in miniaturized infrared spectroscopic-based volatile organic compound sensors: A systematic review”综述论文，对基于红外吸收型挥发性有机化合物传感器的小型化设计设计做了系统性的回顾。该论文被选为期刊的Featured Article。
随着工业化和城市化的发展，环境污染问题日益严峻。作为污染源之一的挥发性有机化合物，对自然环境和公众健康产生了极大的威胁。红外吸收光谱作为检测和分析挥发性有机化合物的有效工具，随着技术进步和检测小型化的趋势推动下，在挥发性有机化合物的污染防治中的作用越发重要。（图1）
图1：挥发性有机化合物的红外吸收光谱
图2：小型化吸收型红外传感器的检测方式 (a):可调谐激光吸收光谱 (b):基于宽带光源的非色散吸收光谱和傅立叶变换吸收光谱 (c):腔衰荡吸收光谱
文章从挥发性有机化合物的定义及传感器小型化背景出发，对传感器的典型技术方案和评判指标进行了介绍，并对常见的商用传感器进行了对比。着重介绍了基于可调激光器的直接吸收光谱和波长调谐吸收光谱，基于宽带光源的非色散吸收光谱、傅立叶变换吸收光谱和腔衰荡吸收光谱等常用的检测方案。
图3: 小型化红外吸收挥发性有机化合物传感系统的集成路径
文章根据比尔朗伯特吸收定律，分类回顾了近年来基于硫系或卤化银等材料的实芯光纤、光子晶体光纤的光纤型红外吸收传感器，以及基于实心波导、空心波导、亚波长波导、悬浮波导的集成型红外吸收传感器和基于光学超材料的表面增强型红外吸收传感器的发展。在此基础上，对谐振腔结构、慢光效应等增强传感器吸收的方法进行了归纳，并总结了其优化方向。(图3)
最后，文章还回顾了片上集成的小型光源，光谱仪和探测器，并探讨了在传感系统中集成光源，光谱仪和探测器的可能性，展望了潜在的单片集成传感趋势。
上海科技大学为第一完成单位，信息学院2021级博士研究生夏利鹏和2023级博士研究生刘昱恒为论文共同第一作者。上海科技大学信息学院邹毅教授和美国俄克拉荷马大学的Binbin Weng教授为本文的共同通讯作者，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Ray T. Chen教授也对该工作进行了指导。该研究得到了上海市自然科学基金项目和国家自然科学基金项目的支持。此成果在上海科技大学材料器件中心（SMDL平台）完成，感谢SMDL平台提供的技术支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1063/5.0197236
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