Sonda de sensor de fibra óptica: cuasi-plasmónico 3D

Imagen: (a) Un diagrama esquemático de la estructura semi-tridimensional del dispositivo. (b) La vista de zoom muestra nanocaps y nanoslits. ( c ) Distribución de la intensidad del campo eléctrico, donde la onda de luz guiada por fibra que incide desde abajo, mediada por el etalon FP, excita los SPP en el lado de la solución acuosa.
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Crédito: Por Xiaqing Sun, Zeyu Lei, Hao Zhong, Chenjia He, Sihang Liu, Qingfeng Meng, Qingwei Liu, Shengfu Chen, Xiangyang Kong, Tian Yang

Los sensores en miniatura montados en fibra óptica están siendo ampliamente reconocidos como una importante solución futura para el diagnóstico médico inmediato y en el punto de atención y la inspección de productos agrícolas en el sitio. Los dispositivos plasmónicos en los lados planos de la fibra monomodo aprovechan al máximo la operación conveniente y rápida de los dispositivos de fibra óptica. Pueden sumergirse directamente en muestras finas o insertarse con una invasión mínima. Sin embargo, la mayoría de los dispositivos de este tipo se han visto restringidos por factores de baja calidad de resonancia (Q) o baja eficiencia de acoplamiento al acoplar plasmones y ondas ópticas guiadas por fibra. Por lo tanto, la relación señal-ruido (SNR) de la detección del cambio del índice de refracción se ha quedado muy atrás con respecto a la óptica de espacio libre o los análogos de guía de ondas de bocina lateral, lo que impide que los SPR con punta de fibra cumplan con los requisitos de aplicaciones reales donde las concentraciones objetivo a menudo son bajas. .

Un equipo de científicos, dirigido por el profesor Tian Yang de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, ha informado de avances notables en el diseño de dispositivos, tecnología de fabricación y SNR para sensores de polaritón (SPP) en los aspectos finales de las fibras ópticas monomodo. Este trabajo fue publicado en Ligero: fabricación avanzada Titulado, «Una cavidad de resonancia Fano casi tridimensional en una interfaz de terminal de fibra óptica para inmersión y lectura de alta relación señal-ruido para la detección de plasmones de superficie».

Con base en su trabajo anterior sobre microcavidades de cristal SPP (Appl. Phys. Lett.108, 231105, 2016; Appl. Phys. Lett.110, 171107, 2017), los investigadores utilizaron una estructura híbrida que produce una resonancia Fano entre la cavidad SPP y un Fabry Perot Italon. . El cristal SPP consta de matrices periódicas nanoiluminadas en una fina película de oro. La cavidad SPP consta de una región de banda prohibida SPP ubicada en el centro y alineada con el núcleo de la fibra, y una región de banda prohibida SPP, que se encuentra en la periferia. La región de la banda SPP convierte la luz incidente normalmente en ondas orientadas de banda SPP de segundo orden a través de un efecto de acoplamiento de rejilla. Finalmente, la onda óptica guiada por fibra se convierte en una onda de superficie oscilante SPP en el lado de la solución acuosa de la cavidad SPP, utilizando etalón FP como medio para lograr una alta calidad y una alta eficiencia de acoplamiento.

Los arreglos de estructuras de Fano-resonancia se fabricaron primero en sustratos de vidrio plano, luego se transfirieron a los extremos de las fibras planas y se fijaron con pegamento UV. La interfaz entre los dispositivos y los sustratos de vidrio debe ser de baja adherencia para garantizar la calidad y la tasa de éxito del proceso de transferencia. Al mismo tiempo, esta interfaz debería permitir un túnel eficiente entre los campos de luz en el etalon y los SPP en el lado de la solución acuosa. Para este propósito, los autores inventaron una interfaz de nanocap en la que una capa metálica de unos pocos nanómetros de espesor cubre nanofisuras dieléctricas prominentes.

Las sondas de fibra se instalaron en conectores de fibra óptica estándar y se usaron para monitorear el cambio del índice de refracción y la absorción física de la albúmina de suero bovino. Los resultados de las pruebas muestran que el límite de detección de ruido equivalente de los sensores SPR con punta de fibra es de hasta 10-7 nivel RIU. Es tres veces menos hardware de su tipo basado en diferentes enfoques de diseño y ya es comparable a las herramientas SPR comerciales basadas en acoplamiento de prisma.


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