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近红外光谱可以为物质提供独特的吸收光谱近红外光纤光谱仪，从而使识别气体种类成为可能。 因此，需要使用微型光谱仪的紧凑型气体传感器来监测生活空间中的空气质量。

然而，传统的近红外光谱仪采用光栅将入射光分光成不同的波长，因此需要很长的光程，这成为传统光谱仪小型化的障碍。

等离子光电探测器具有许多特性，如提高的光电探测灵敏度、特定光探测的波长或偏振、硅材料的红外光探测能力等，因此得到了广泛的研究。 等离子体结构通常非常薄（薄至 100nm）近红外光纤光谱仪，因此无需牺牲光电探测器的紧凑性来实现这些功能。

最近，电气通信大学（University of Electro-Communications）的 Oshita Masaaki 和 Kan Tetsuo 及其合作者开发了一种基于金（Au）衍射光栅的等离子体 Bulk 光电探测器。

图1 金衍射光栅MEMS悬臂梁示意图

该研究的重点是 MEMS 可重构等离子体光电探测器。 如图 1(a) 所示，等离子体金衍射光栅在 N 型硅 (n-Si) 悬臂梁上制造，并集成到 MEMS 角度扫描仪中。 当横磁波（TM）偏振的近红外光以入射角θ进入光栅并满足表面等离子共振（SPR）耦合条件（即入射角和波长）时，可在光栅上产生SPR。

入射光被光栅表面吸收为SPR，并激发金层中的自由电子。 金和n-Si之间形成肖特基势垒，当这些电子克服肖特基势垒时，SPR可以转化为光电流I(θ)，从而实现基于SPR的光电探测。

此外，由于悬臂是可偏转的，倾斜的悬臂可以通过外部驱动力改变，引起光入射角θ的变化，从而重建SPR匹配条件和光电探测特性。 同时采用两个锯齿形悬臂脚，降低刚度，增加入射角变化范围。

图 2 装置设计概览：(a) 悬臂尺寸； (b) 光栅的尺寸； (c, d) 悬臂梁在初级和亚共振机械频率下机械变形的有限元模拟结果； (e) 设备照片； (f) 光栅的 SEM 图像。

总之，该器件是使用 n-Si 体硅微制造技术制造的。 使用金衍射光栅激发表面等离子体 (SP)。 当光射入器件时，悬臂的机械振动会动态改变光的入射角，从而改变表面等离子体激元的耦合条件。 耦合 SPR 后，光能在器件中转换为电流。

图3 悬臂梁的机械共振特性

悬臂梁以-21︒到21︒的角度扫描，通过分析电流随时间的变化，可以实现近红外光光谱的数值反演。 高度小型化的近红外光谱仪的实现为开发新型小型物联网 (IoT) 传感器带来了希望。

该研究于2020年2月4日发表在ACS Photonics，题为“Reconfigurable Surface Plasmon Resonance Photodetector with a MEMS Deformable Cantilever”，论文地址：。