High-Performance Ultrafast Humidity Sensor Based on Microknot Resonator-Assisted Mach–Zehnder for Monitoring Human Breath

湿度 超短脉冲 材料科学 谐振器 马赫-曾德尔干涉仪 光电子学 光学 物理 干涉测量 激光器 气象学
作者
Yating Yi,Yuxuan Jiang,Haiyan Zhao,Gilberto Brambilla,Ya-Xian Fan,Pengfei Wang
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:5 (11): 3404-3410 被引量:66
标识
DOI:10.1021/acssensors.0c00863
摘要

Monitoring the dynamic humidity requires sensors with fast response and anti-electromagnetic interference, especially for human respiration. Here, an ultrafast fiber-optic breath sensor based on the humidity-sensitive characteristics of gelatin film is proposed and experimentally demonstrated. The sensor consists of a microknot resonator superimposed on a Mach-Zehnder (MZ) interferometer produced by a tapered single-mode fiber, which has an ultrafast response (84 ms) and recovery time (29 ms) and a large dynamic transmission range. The humidity in dynamic ambient causes changes in the refractive index of gelatin coating, which could trigger spectral intensity transients that can be explicitly distinguished between the two states. The sensing principle is analyzed using the traditional transfer-matrix analysis method. The influence of coating thickness on the sensor's trigger threshold is further investigated. Experiments on monitoring breath patterns indicate that the proposed breath sensor has high repeatability, reliability, and validity, which enable many other potential applications such as food processing, health monitoring, and other biomedical applications.
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