Fabry–Pérot Cavities with Suspended Palladium Membranes on Optical Fibers for Highly Sensitive Hydrogen Sensing

法布里-珀罗干涉仪 材料科学 氢传感器 光纤 检出限 干扰(通信) 波长 光电子学 光纤传感器 纤维 光学 化学 频道(广播) 复合材料 物理 工程类 催化作用 有机化学 电气工程 生物化学 色谱法
作者
Feng Xu,Jun Ma,Can Li,Churong Ma,Jie Li,Bai‐Ou Guan,Kai Chen
出处
期刊:Molecules [MDPI AG]
卷期号:28 (19): 6984-6984 被引量:7
标识
DOI:10.3390/molecules28196984
摘要

Hydrogen (H2) sensors are critical to various applications such as the situation where H2 is used as the clean energy for industry or the indicator for human disease diagnosis. Palladium (Pd) is widely used as the hydrogen sensing material in different types of sensors. Optical fiber H2 sensors are particularly promising due to their compactness and spark-free operation. Here, we report a Fabry-Pérot (FP)-cavity-based H2 sensor that is formed with a freestanding Pd membrane and integrated on a conventional single-mode optical fiber end. The freestanding Pd membrane acts both as the active hydrogen sensing material and as one of the reflective mirrors of the cavity. When the Pd film absorbs H2 to form PdHx, it will be stretched, resulting in a change of the cavity length and thus a shift of the interference spectrum. The H2 concentration can be derived from the amplitude of the wavelength shift. Experimental results showed that H2 sensors based on suspended Pd membranes can achieve a detection sensitivity of about 3.6 pm/ppm and a detection limit of about 3.3 ppm. This highly sensitive detection scheme is expected to find applications for sensing low-concentration H2.
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