Forskere udvikler nye rammer for at spore udviklingen inden for optiske sensorer

Plasmonik og fotonik har tiltrukket opmærksomhed i både den akademiske verden og industrien på grund af deres anvendelse i en omfattende række applikationer, hvoraf den ene omfatter optisk registrering. Udviklingen af ​​optisk sansningsteknologi bidrager ikke kun til det videnskabelige forskningssamfund som et alsidigt værktøj, men tilbyder også betydelig kommerciel værdi for smart city og Internet of Things (IOT) applikationer på grund af dets energieffektivitet, let, lille størrelse og egnethed til fjernmåling. Forstærker dens betydning, Videnskabelig amerikansk identificerede plasmonisk sansning som en af ​​de top 10 nye teknologier i 2018.

Forskellige optiske sansemekanismer og sensorstrukturer er blevet foreslået og demonstreret i de sidste par årtier. Næsten hver ny sansemekanisme eller sensorkonfiguration ville blive undersøgt regelmæssigt for at teste dens sansningsevne. Imidlertid, information om kløften mellem den eksperimentelle erkendelse og teoretiske grænser, forskel mellem metalbaserede plasmoniske sensorer og dielektrisk baserede fotoniske sensorer, og diskrimination mellem formerende egenbølge og lokaliserede egenmode strukturer var ikke let tilgængelig.

Forskere fra Singapore University of Technology and Design (SUTD), Singapore, Agentur for Videnskab, Teknologi og forskning (A*STAR), Singapore, og det østrigske teknologiske institut, Østrig, foretaget omfattende litteraturforskning, systematisk opsummerede og sammenlignede sensoriske evner for disse optiske brydningsindekssensorer i henhold til deres følsomheder og værdier. Et 3D-teknologikort blev derefter etableret (se figur 1) for at definere standarden og udviklingstendensen for optiske brydningsindekssensorer ved hjælp af plasmoniske og fotoniske strukturer.

I særdeleshed, følgende fire almindelige typer af etiketfrie optiske brydningsindekssensorer ved hjælp af plasmoniske og fotoniske strukturer blev gennemgået:

1. Metalbaserede formerende plasmoniske egenbølgesensorer, såsom prisme-koblet overfladeplasmon polaritonsensor;
2. Metalbaseret lokaliseret plasmonisk egenmodesensor, såsom metalliske nanopartikelbaserede lokaliserede overfladeplasmonresonanssensorer;
3. Dielektrisk baserede formerende fotoniske egenbølgesensorer, såsom fiberinterferometre;
4. Dielektrisk baserede lokaliserede fotoniske egenmodesensorer, såsom fotoniske krystalhulrum.

Derudover mere avancerede hybridbrydningsindekssensorer såsom Fano resonanssensorer og 2-D materialer integrerede plasmoniske og fotoniske sensorer blev inkluderet i anmeldelsen.

"Dette teknologikort, ligesom et søgelys, tydeligt angiver sansningsevnen, fordele og mangler ved forskellige kategorier af optiske brydningsindekssensorer for forskere inden for området, "sagde førsteforfatter Yi Xu, Ph.d. studerende fra SUTD og Institute of High Performance Computing (IHPC), EN STJERNE.

Alle nye udviklede optiske brydningsindekssensorer kan tilføjes til dette teknologikort for at sammenligne deres sanseevner med tidligere arbejder. Den kontinuerlige tilføjelse af nye plasmoniske og fotoniske brydningsindekssensorer vil berige teknologikortet, hvilket giver et benchmark for denne hurtige udvikling af optiske brydningsindekssensorer.

"Med dette teknologikort i tankerne og grundig forståelse af fordelene, begrænsninger, mekanismer og udviklingstendenser for forskellige kategorier af RI -sensorer, sammen, vi kan fremme feltet mere effektivt, "sagde den tilsvarende forfatter og ph.d.-rådgiver, Dr. Lin Wu, IHPC, EN STJERNE.

Med teknologikortet, forskellige optiske brydningsindekssensorer kunne vælges bedre i henhold til forskellige applikationer. "Vi mener, at en så omfattende gennemgang af optiske brydningsindekssensorer med plasmoniske og fotoniske strukturer vil tiltrække stor opmærksomhed i forskningsmiljøerne, som vil hjælpe ingeniører med at bruge de rigtige sensorer til design af undersystemer i smart city og IOT, "sagde SUTD -professor Ricky Ang, medsvarende forfatter og ph.d. rådgiver.