利用表面等离子体共振和纳米金属涂层增强光纤光电探测器性能

《Optical Fiber Technology》：Optical fiber photodetectors properties enhancement utilizing surface plasmon resonance and nanometal coatings

　　

**标题要点：**

• H形塑料光纤表面涂覆氧化石墨烯/金/氧化石墨烯（GO/Au/GO）杂化活性层。
• 局域表面等离子体共振增强了倏逝场光电探测性能。
• 在380至750纳米波长范围内实现了宽波段可见光探测。
• 通过优化涂覆厚度，显著提高了响应度和光电转换效率。

**引言**

能够探测光线并将其转化为电信号的器件称为光电探测器。它利用光敏材料（包括半导体）将光能转化为电能。每一个光纤通信系统都必须配备光电探测器[1]。由于光电探测器具有结构一致性以及独特的分布式光电探测和在线功率监测特性，因此人们非常希望将其集成到光纤中，以实现全光纤光学探测[2],[3]。由于几何形状和结构特性的差异，半导体无法与光纤系统无缝集成，这就是传统光电探测器主要基于硅和锗的原因。近年来开发的二维（2D）材料使全光纤光电探测器（AFPD）成为可能[4]。目前已有多种基于2D材料的AFPD问世，但这些器件响应度较低且工作波长局限于可见光波段[5]。尽管AFPD已取得显著进展，但兼具高响应度和覆盖整个通信光谱宽带工作能力的器件仍然有限。

与传统的硅光子学相比，石墨烯集成光子学具有多项显著优势。得益于其巨大的载流子迁移率（>200,000 cm2V?1s?1），石墨烯基光电探测器（GPD）能够在500 GHz以上的频率下工作[1]。单层石墨烯（SLG）可以快速、高效、大规模地制备GPD、光开关和电光调制器。石墨烯在新型光子器件（如光电探测器）领域展现出巨大潜力[6]。它可以与任何光波导配合使用。然而，与传统的硅光子器件相比，GPD响应度较低，这是SLG基光子接收器面临的另一大障碍。由于石墨烯具有无带隙能带结构和线性电子色散关系，使其能够在从可见光到远红外的整个光谱范围内工作，因此石墨烯是宽带光电探测器的理想材料。然而，纯石墨烯光电探测器的灵敏度受到其本征低光吸收和短少数载流子寿命的限制[7]。

石墨烯的无带隙能带结构和线性电子散射使其能够在从可见光到远红外波长的范围内实现宽带光电探测[8]。然而，纯石墨烯光电探测器的灵敏度受限于材料本征的低光吸收率和短少数载流子寿命[9]。已有研究表明，包括金纳米颗粒在内的吸收体[1],[10]可以极大地提高石墨烯的光响应。由于与吸收体接触会大大增加电子散射，从而显著降低石墨烯的导电性，大多数吸收体具有窄吸收带，这限制了工作波长范围[11]，同时也会显著降低GPD的响应速度。

通过使光在石墨烯层上传播，石墨烯涂层波导提供了一种有效的替代方案，可在保持石墨烯优异光电特性的同时提高光与石墨烯的相互作用和吸收[12]。这些波导探测器还具有与其他内禀优势，包括与硅平台的兼容性和易于集成的特点。然而，波导探测器在红外波段的运行带宽受到硅光电特性的限制[6]。

在Schuler的研究中，将石墨烯单层组装在产生表面等离子体增强的侧磨光纤（SPF）上，以制造AFPD。SPF已成为全光纤设备中使用的各种器件的灵活平台[7]。光纤核心中导光的倏逝耦合与SPF复合材料的应用包括模式锁光纤激光器宽带偏振器、光电压调制器和光学传感器等[12]。由于SPF上覆盖了一层仅几纳米厚的PMMA石墨烯薄膜，AFPD中光与石墨烯的相互作用得到了改善。该薄膜作为高双折射波导，提供了从光纤纤芯到PMMA薄膜的高效光场耦合。在石墨烯薄膜上方覆盖一层交联金属薄膜作为电极，用于捕获光电流。

当光照射金属纳米颗粒时，会引起其表面自由电子的集体振荡，这被称为表面等离子体共振（SPR）。金纳米颗粒（AuNPs）对于这种效应非常重要。纳米金具有很强的选择性吸光能力。金纳米颗粒以其在特定波长范围内吸收和散射光的能力而闻名，这使得颜色的产生取决于颗粒的大小和形状——即尺寸和形状依赖的等离子体共振[13]。等离子体共振吸收峰的位置受周围介质性质的影响，使纳米金对折射率变化极为敏感，因此被用于生物传感器[10],[14],[15]。

与以往报道的光纤集成光电探测器（主要关注石墨烯涂层光纤或单一活性材料的等离子体增强）不同，本文提出的器件将H形侧磨塑料光纤与顺序沉积的GO/Au/GO杂化涂层相结合。该构型专门设计用于最大化外露倏逝场与活性等离子体区域之间的相互作用。H形几何结构为多层均匀沉积提供了稳定的平面平台，同时增加了可及的相互作用面积。此外，优化金纳米颗粒沉积厚度，在局域表面等离子体共振增强与光对活性区域的光学穿透之间建立了有效平衡。因此，所提出的架构报告了提高的响应度和光电转换效率，同时保持了简单且可扩展的制备工艺，适用于全光纤光电探测器应用。

为了解决纯石墨烯基光电器件的内禀吸收限制问题，本研究提出了一种创新的集成光纤光电探测器架构，将几何结构改性技术与先进纳米材料的等离子体效应相结合。在光纤包层上采用H形侧磨工艺，暴露倏逝场，形成易于接触且高度稳定的光-物质相互作用平面区域。该变形结构上精心构建了一层杂化活性区，由GO纳米层和Au纳米颗粒膜组成。理论上，GO层作为可见光区域高度透明的宽窗口，而定位的Au纳米颗粒产生强烈的SPR效应。该SPR效应大大增强了局域电磁场的强度，使电子与光子之间的耦合变得更加容易，从而提高了光电转换的整体效率。本研究系统地考察了这些活性材料的最佳沉积时间，最终得到了在380 nm至750 nm可见光谱范围内线性工作的、具有高度响应性的光电探测器。后续章节将详细说明H形结构的制备、实验装置的搭建以测试器件的光电特性，以及对其响应度、效率和响应速度的全面定量分析。

**1. 光纤传感器的制备与纳米材料沉积**

在整个研究过程中，使用的塑料光纤长度为20厘米、直径为1毫米。H形光纤的制备方法是机械研磨塑料光纤的两个相对面，直至形成平坦的相互作用区域，同时保留足够的包层以维持光纤的机械完整性。选择这种几何形状的原因是，相较于原始圆柱形光纤，它暴露了更强的倏逝场，同时为纳米材料沉积提供了稳定的平面表面。这改善了衰减波到达表面等离子体共振现象的效果，如图1-a所示。在电极制备过程中，使用导热脂临时遮蔽已研磨的H形区域，以防止不必要的银沉积在传感区域。通过直流等离子体溅射沉积第一层银电极后，移除保护膏，仅暴露活性研磨区域。随后，先沉积GO作为第一活性层，接着沉积Au薄膜，最后再沉积另一层GO以完成杂化传感结构。GO层作为宽带光吸收窗口并促进高效电荷传输，而Au纳米颗粒层支持LSPR效应，从而增强局域电磁场并增加外露倏逝场中的光-物质相互作用。这种多层构型提高了光电转换效率和探测器响应度。最后，在活性区域相对的另一端沉积一层银作为探测电极，如图1.b所示。活性区域另一端末端的探测器电极通过最终沉积一层银固定。光纤末端增强了倏逝波的泄漏，但此处银的作用作为反射层将其沉积在光纤末端。尽管银的吸收区域在可见光范围内，但它与金的区域完全不同。因此，我们主要依赖H形研磨区域与探测器活性材料进行相互作用。

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**图1.** （a）H形光纤示意图；（b）探测器沉积层示意图。

场发射扫描电子显微镜（FESEM）图像显示了所制备的AuNP和GO的表面形貌及纳米尺度特征，分别如图2a和b所示。根据图像中测量的尺寸估算，AuNP的平均直径为33.90 nm，GO的平均直径为35.22 nm。AuNP的测量粒径分布范围相对较窄。第二个样品显示出更大的尺寸变化，测量直径范围为19.05至63.63 nm。这种变化可能是由于粒径变化或团聚特征的存在所致。观察到的纳米尺度形貌与AuNP/GO涂层的开发密切相关，因为纳米尺度特征的表面结构和分布可以影响入射光与涂层光纤之间的有效相互作用。FESEM图像估算了沉积在基底上的多层AuNP/GO涂层的总厚度为727.6 nm，如图2c所示。测量值显示在调查区域中涂层厚度存在轻微变化。变异系数相对较低，约为6.1%，表明在三个测量位置厚度均匀性合理。截面形貌呈现了沉积涂层及其与基底界面的结构证据。这种形貌表征与光学响应度测量相辅相成，记录了涂层结构的物理尺寸。图2c显示了沉积Au/GO/Au层后的光纤状态。

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**图2.** FESEM图像：a）AuNP表面和b）GO涂层表面，显示具有特征性的纳米结构形貌；c）AuNP/GO厚度；d）沉积所有纳米材料后的光纤表面。

**图3**显示了在调查波长范围内与三个所制备光电探测器相关联的AuNP层的光学吸收光谱。其中两个样品表现出非常相似且显著的宽带吸收，吸收从约500 nm开始逐渐增加，在610至630 nm附近达到最大值，随后向近红外区域逐渐减小。相比之下，第三个样品在整个调查光谱范围内吸收可忽略不计。前两个样品中观察到的显著吸收表明入射光场与AuNP层之间存在有效相互作用，这将增强耦合到活性传感区域的光能量。这一行为与相应光电探测器获得的相对较高响应度一致，特别是在可见光波长范围内。可见光区域中宽带吸收带的存在可以归因于AuNP的光学响应及其与入射电磁场的等离子体相互作用。然而，610 nm至630 nm附近的吸收最大值与500 nm至550 nm附近观察到的最大响应度并不完全吻合，这意味着光谱响应度并非仅由吸收决定。它还受到光在改性POF中波长依赖性耦合、光生载流子产生和收集过程以及GO/Au功能层的形貌和界面性质的影响。

第三个样品近乎可以忽略的吸收与其明显较低的光响应度相一致，支持了金纳米颗粒（AuNP）层在决定所制备光电探测器光电信号响应中的重要作用。

图3. 在微米级分析仪中按波长间隔组装白光波长时的强度光谱与波长的关系。

所开发光纤及涂覆工艺的主要参数列于表1中。

**表1. 所开发光纤及涂覆工艺参数。**

| 参数 | 数值 |
|------|------|
| 塑料光纤纤芯直径 | 850 μm |
| 抛光深度 | 400 μm |
| 包层直径 | 1037.33 μm |
| 氧化石墨烯沉积方法 | 直流等离子体溅射技术 |
| 纤芯折射率 | 1.49 |
| 氧化石墨烯厚度 | — |
| 包层折射率 | 1.11 |
| 金厚度，1.5 h | 135.6 nm |
| H形区域长度 | 200 mm或2 cm |
| 金厚度，2.0 h | 197.2 nm |
| H形区域宽度 | 394.00 μm |
| 金厚度，2.5 h | 226 nm |
| 抛光长度 | 200 mm |
| 电极间距 | 200 mm |

针对1.5 h、2.0 h和2.5 h三种沉积条件，每种条件下均制备了三个相同的加工条件下的光电探测器。在每个相同实验条件下对每个器件进行了重复测量，以验证测量的一致性。图4a展示了实验装置，图4b展示了所制备系统的照片。经单色仪进行波长选择后，宽带白光耦合进入2×2光纤耦合器。白光通过手动微米级分析仪可获得所需波长，该分析仪手动调节光栅倾斜角度以反射所需波长。一个输出端口连接至海洋光学光谱仪（H-R4000）和光功率计，另一个输出端口连接至所制备的光电探测器。使用HP 34435A数字万用表测量产生的光电流。利用图4a中的装置对光纤探测器在各可见光波长下的性能进行了研究。

图4. 基于光纤的探测器实验装置（a）框图（b）照片。

**2. 结果与讨论**

图5展示了光纤探测器的光响应光谱，波长范围为380 nm至750 nm，显示了每个波长处的强度。最强响应出现在550 nm波长处，其次是600 nm、526 nm、650 nm、500 nm、450 nm和700 nm波长。该图展示了通过将探测器响应的所有可见光波长光谱组合而成的单一光谱。在所研究的沉积时间条件下，沉积时长为1.5小时时，所开发的光纤探测器表现出最佳响应。

图5. 在微米级分析仪中按波长间隔组装白光波长时的强度光谱与波长的关系。

表2中根据波长-强度关系曲线计算了每个波长的半高全宽（FWHM）。

**表2. 所开发光纤探测器在各波长处的半高全宽。**

| 波长（nm） | 半高全宽（nm） |
|-----------|--------------|
| 380 | 2.326 |
| 400 | 2.659 |
| 450 | 2.659 |
| 500 | 2.332 |
| 550 | 2.558 |
| 600 | 2.286 |
| 650 | 2.332 |
| 700 | 1.509 |

三个光纤探测器在响应最高的波长处的电阻值已测量并列表3中。

**表3. 所开发光纤探测器在峰值强度下的电阻值。**

| 沉积时间（小时） | 探测器电阻 | 峰1 | 峰2 |
|-----------------|-----------|-----|-----|
| 1.5 | 4 kΩ | λ = 659.92, I = 385.489 | λ = 536.53, I = 392.621 |
| 2.0 | 27.12 kΩ | λ = 656.22, I = 212.464629 | λ = 537.21, I = 216.8227 |
| 2.5 | 10.8 MΩ | λ = 644.89, I = 0.198 | λ = 520.59, I = 0.216 |

图6展示了三种金纳米颗粒/氧化石墨烯涂覆光电探测器的光电流与偏压的关系。光电流随施加电压增加至约1 V而增大，呈现饱和趋势。对于1.5 h器件，光电流从0 V时的16.5 μA增加到1 V时的26.9 μA，并在4 V时略微增加至27.6 μA。其他涂覆时间的器件也观察到类似趋势。因此，选择1 V作为后续测量的工作偏压，可在无需更高施加电压的情况下实现接近饱和的响应。1.5 h器件获得较高的光电流也表明，其沉积条件在所研究样品中提供了最强的响应。

图6. 光电流与偏压电压的调查。

在偏压电压研究之后，在固定1 V工作偏压下测量了光谱响应度，以便在三个探测器之间进行一致性比较。响应度以安培/瓦（A/W）为单位，计算为测量光电流与入射光功率之比：

$$R = \frac{\eta e \lambda}{hc}$$

其中h为普朗克常数，c为光速，e为电子电荷，λ为工作波长。图7展示了具有不同沉积时间的探测器光谱响应度。1.5 h器件表现出最高响应度，在550 nm处达到约2.48 A/W，而2 h器件在同一波长处达到约1.82 A/W。相比之下，2.5 h器件表现出明显较低的响应，在500 nm处的最大报告值约为1.27×10?3 A/W。这些结果表明，光响应强烈依赖于沉积时间。较长沉积时间下观察到的较低响应度可能与涂覆区域内光学衰减增加以及光-物质相互作用和电荷传输的变化有关。波长依赖性进一步表明，探测器响应由功能层的光学和电学性质共同决定。总体而言，1.5 h沉积条件在所研究的器件中提供了最高的响应度。误差棒表示重复测量的分散性，应根据用于计算的统计量进行解读。

图7. 波长与响应度的关系。

图7中的误差棒展示了本工作中制备的三个光电探测器在每个波长处响应度的分布情况。1.5 h和2 h样品较小的误差棒证明了在所研究光谱范围内具有良好的一致性，表明观察到的波长依赖性变化是可重复的。两个样品均显示响应度在450 nm至500 nm之间明显增加，随后在较长波长下保持相对恒定的响应度，仅有小幅波动。相比之下，2.5 h样品的响应度值在测量范围内接近于零，表明在当前测量条件下光响应显著减弱。总体而言，误差棒提供了测量分散性的直观指示，并支持对报告的光谱响应可靠性的评估。

响应度对沉积时间的依赖性可以从倏逝场与沉积的金纳米颗粒/氧化石墨烯多层之间的相互作用角度进行定性解释。金厚度33.9 nm是根据校准沉积速率和直流等离子体溅射系统的沉积时间估算得出的，而非通过横截面厚度表征直接测量。使用扫描电子显微镜对金涂覆表面进行了表征（图2），确认了纳米结构表面形貌，具有34–38 nm的典型横向特征。该观测结果是沉积金层纳米尺度表面结构化的直接实验证据。为进一步表征光电响应，利用公式(1)计算了外部量子效率。表3中列出了分别对应1.5 h、2 h和2.5 h沉积条件的ηE计算值，约为558.93、404.71和0.2835。计算所得ηE值应谨慎解读，因为它们直接由响应度值推导而来。实验结果表明，所研究器件中最大计算光响应在1.5 h沉积条件下实现，进一步增加沉积时间会显著降低响应度和ηE。这一趋势与观察到的电阻增加一致，表明过厚的涂覆层可能增加光学衰减并降低有效倏逝场与活性区域的相互作用。

实验中光电响应随金沉积厚度变化，表明金属层厚度影响传感结构内的光学相互作用。因此，在所研究的沉积条件中，114 nm金层被视为基于测量光电响应的实验优化厚度，而金厚度对倏逝场相互作用和表面等离子体共振耦合的贡献被视为一种合理的解释，而非定量确立的机制。氧化石墨烯层作为宽带光学吸收窗口并促进高效电荷传输，而金纳米颗粒层支持局域表面等离子体共振，从而增强局域电磁场并增加暴露倏逝场内的光-物质相互作用。这种多层结构提高了光电转换效率和探测器响应度。实验观察到的性能趋势与该理论解释以及已建立的倏逝场和等离子体相互作用理论一致。这些发现得到1.2 ms响应时间（基于图8中的时间响应计算）的证实，确认了H形混合架构作为高效光电传感平台的优化地位。表3列出了三个所开发光电探测器的性能参数。尽管本研究中仅研究了三个代表性的沉积时间，但观察到的趋势清楚地表明，过厚的涂覆层由于光学衰减增加和倏逝场相互作用减弱而会降低探测器性能。如果涂覆太薄，吸收可能不足，从而减少生成的电子和空穴数量，降低响应度，如1 h涂覆周期的情况。当涂覆过厚（2.5 h周期）时，上层可能吸收大部分光子，使其无法到达活性层，导致光电传输效率降低。每个探测器都有一个最佳厚度，取决于所用材料和目标光学波长，通常在几十到几百纳米范围内[16]。

图8. 光电探测器的时间响应。

尽管目前的结果展示了GO/Au/GO功能化H形光纤的光响应，但由于本工作中未制备仅含氧化石墨烯和仅含金的控制器件，因此无法定量区分氧化石墨烯和金的各自贡献。因此，观察到的响应不应被视为氧化石墨烯和金协同效应的确凿证据。需要系统地比较未涂覆H形光纤、仅氧化石墨烯、仅金和氧化石墨烯/金/氧化石墨烯功能化器件，以分离每个功能层的贡献。此外，与传统侧抛光或单平面光纤的比较将有助于阐明H形几何结构的具体贡献。这些控制实验将在未来工作中进行。

表4将所提出的H形GO/Au全光纤光电探测器置于文献中报告的具有代表性的石墨烯和光纤集成光电探测器的背景下进行比较。尽管一些此前报告的器件通过精密光子结构、光栅控机制或硅基集成谐振器平台表现出极高的响应度，但它们通常需要复杂的制造过程和专业微纳加工设施。相比之下，所提出的器件将简单的H形塑料光纤架构与通过可扩展溶液基加工技术和金沉积技术制备的GO/Au多层涂覆相结合。局域表面等离子体共振的集成与增强的倏逝场相互作用实现了高效的可见光探测，同时保持了紧凑、低成本的全光纤配置。这些特性使所提出的器件成为实用的光纤传感和光电应用的有前景的候选者，在这些应用中，易于制造、机械柔性和成本效益是重要的设计考虑因素。

**表4. 三个所开发光电探测器的性能参数列表。**

| 沉积时间（小时） | 暗电阻 | 暗电流（A） | 响应度（A/W） | 峰值响应波长（nm） | 功率（mW） | 计算ηE（%） |
|-----------------|--------|------------|--------------|-------------------|-----------|------------|
| 1.5 | 4 kΩ | 2.50×10?? | 2.48 | 550 | 0.113 | 558.93 |
| 2.0 | 27.12 kΩ | 1.40×10?? | 1.82 | 550 | 0.113 | 409.71 |
| 2.5 | 10.8 MΩ | 9.25×10?? | 0.00135 | 500 | 0.114 | 0.2835 |

已报道的光纤集成光探测器与本文提出的H形全光纤光探测器的性能及制备特性对比。

| 参考文献 | 器件结构 | 活性材料 | 波长(nm) | 响应度 | 量子效率(%) | 上升/下降时间 | 偏置条件 | 制备方法 | 关键优势 |
|----------|----------|----------|----------|--------|-------------|---------------|----------|----------|----------|
| [11] | 光纤集成多功能石墨烯光探测器 | 单层石墨烯 | 980–1610 | 1.5 × 10? A/W | 极高光电导增益 | 加偏压 | 侧抛制、CVD石墨烯转移、金属电极沉积 | 超高响应度，兼具多功能光电探测与光相位调制。 |
| [7] | 波导集成石墨烯光热电光探测器 | 单层石墨烯 | 1556 | ≈12 V/W（电压响应度） | NR | NR | 零偏压 | 硅光子学结合石墨烯转移 | 零偏压工作，谐振增强，12 GHz带宽，紧凑的集成光子平台。 |
| [17] | 双核石墨烯微环谐振器光探测器 | 双层石墨烯 | 1550 | 230 V/W（电压响应度） | NR | NR | 零偏压 | 与CMOS兼容的硅光子学，采用双石墨烯栅极 | 高电压响应度，零偏压工作，17.6 GHz带宽，低功耗。 |
| [18] | 薄膜光探测器 | 还原GO/Au纳米复合材料 | 405 | 0.25 mA/W | 0.08 | 9.87 s / 10.27 s | 加偏压 | 溶液处理与热还原 | 展示了Au纳米颗粒和热还原对rGO光探测器性能和稳定性的影响。 |
| [19] | Au增强石墨烯全光纤光探测器 | 侧抛光石英光纤 | 石墨烯 + Au | 980–1620 | 5.7 × 10?（最大值）；980–1620 nm范围内 > 1 × 10? | — | 125 ms / 145 ms | 侧抛光 + CVD石墨烯转移 + PVD Au电极 | 宽带近红外工作，超灵敏响应，等离子体增强吸收 |
| [3] | 光纤兼容光探测器 | 石英光纤端面 | CsPbBr?纳米晶 + 多层石墨烯 | 400 | 2 × 10? | — | 3.1 s / 24.2 s | 浸涂 + 溶液处理 | 直接集成于光纤端面，高响应度，极低可探测光功率 |
| [20] | 多功能光电器件 | 侧抛光石英光纤 | 石墨烯/MoS?异质结构 | 980–1550 | NR | NR | NR | 异质结构转移至侧抛光光纤 | 同时实现光调制与光探测，增强光与物质相互作用。 |
| [21] | 多芯光纤光探测器阵列 | 石墨烯光探测器阵列 | 1550 | NR | NR | NR | 端面集成与微加工 | 紧凑的纤内光探测器阵列，实现多芯光纤信号解复用。 |
| [22] | 保形红外光探测器 | 聚合物光纤 | PbS量子点/石墨烯 | 近红外 | NR | NR | NR | 墨盒打印于聚合物光纤 | 柔性、保形、低成本，直接集成于光纤上的红外光探测器。 |
| [23] | 纤内光电器件 | 倾斜光纤光栅 | 石墨烯包覆倾斜光纤布拉格光栅 | 1550 | NR | NR | NR | 石墨烯涂覆于倾斜光纤光栅 | 全纤内光电器件，集成传感与光探测功能。 |
| **本文** | **H形全光纤光探测器** | **塑料光纤** | **GO/Au/GO多层** | **550** | **2.48** | **58.93%** | **≈1.2 ms** | **1V** | **GO浸涂 + DC等离子Au沉积 + Ag电极沉积** | **利用GO/Au多层、局域表面等离子体共振和倏逝场相互作用，简单低成本的等离子体增强全光纤光探测器** |

## 3. 结论

本研究的主要贡献并非石墨烯氧化物、金纳米颗粒或侧抛光光纤的单独使用，而是将它们优化整合为H形全光纤光探测器架构，从而增强倏逝场相互作用，支持高效等离子体耦合，并提供一种实用的制备方案以实现高性能可见光探测。这种几何结构的改进结合金纳米颗粒产生的表面等离子体共振，增强了光吸收和光电转换效率。在380 nm至750 nm可见光谱范围内的实验验证表明，探测器的响应度高度依赖于涂覆层厚度。器件在1.5小时沉积时间下达到最佳性能，产生最高的响应强度，并在峰值波长附近呈现4 kΩ的低电阻。相比之下，过长的涂覆时间（如2.5小时）阻碍了光子穿透至活性层，导致效率急剧下降，电阻增至10.8 MΩ。最终，这种结构与材料的组合降低了电子噪声，稳定了传感器，并增强了其对周围环境介质微小变化的敏感性。所提出的H形混合架构提供了一个稳健的可扩展平台，在先进光通信、环境监测系统和医疗诊断应用中具有巨大潜力。未来需对仅含GO的裸器件、仅含Au的器件以及传统光纤对照器件进行进一步实验，以定量区分各功能层和H形几何结构各自的贡献。

## CRediT作者贡献声明

- Bushra R. Mahdi：监督、资源、项目管理
- Nahla A. Aljbar：论文撰写 – 初稿、方法论、调查研究、概念构思
- Husam Abduldaem Mohammed：方法论、结果分析、论文撰写、写作提升
- Abeer H. Khalid：论文撰写 – 初稿、验证、调查研究、数据整理

Bushra R. Mahdi | Nahla A. Aljbar | Husam Abduldaem Mohammed | Abeer H. Khalid