Fiberoptisk sensingprobe:Quasi-3D plasmoniske strukturer på fiberspidser

Miniaturiserede sensorer monteret på optiske fibre er almindeligt anerkendt som en vigtig fremtidig løsning til øjeblikkelig og plejende medicinsk diagnose og inspektion af landbrugsprodukter på stedet. Plasmoniske enheder på de flade endefacetter af single-mode fibre bruger fiberoptiske enheders bekvemme og hurtige betjeningsevner til det fulde. De kan dyppes direkte i små prøver eller indsættes med minimal invasion.

Imidlertid er de fleste anordninger af denne art blevet begrænset af lave resonanskvalitetsfaktorer (Q) eller lave koblingseffektiviteter ved kobling af plasmonerne og de fiberstyrede lysbølger. Som følge heraf er signal-til-støj-forholdet (SNR) for detektering af brydningsindeksændringer haltet langt bagefter frirumsoptikken eller sidekoblede bølgeleder-modstykker, hvilket forhindrer fiberspids-SPR-enheder i at opfylde kravene til reelle applikationer, hvor målkoncentrationerne er ofte lave.

Et team af videnskabsmænd, ledet af prof. Tian Yang fra Shanghai Jiao Tong University, har rapporteret bemærkelsesværdige fremskridt inden for enhedsdesign, fremstillingsteknologi og SNR af overfladeplasmonpolariton (SPP) sensorenheder på endefacetterne af single-mode optiske fibre. Dette arbejde er blevet udgivet i Light:Advanced Manufacturing , med titlen "Et quasi-3D fano-resonanshulrum på optisk fiber-endefacet for højt signal-til-støjforhold dip-and-read overflade plasmon sensing."

Baseret på deres tidligere arbejde med SPP-krystalmikrohulrum brugte forskerne en hybridstruktur, der producerer Fano-resonans mellem SPP-hulrummet og en Fabry-Pérot etalon. SPP-krystallen består af periodiske nano-spalte-arrays i en tynd guldfilm. SPP-kaviteten består af en on-SPP-band-region, som sidder i midten og flugter med fiberkernen, og en inden-SPP-bandgap-region, som sidder i omgivelserne. On-SPP-båndområdet konverterer det normalt indfaldende lys til guidede bølger på et andenordens SPP-bånd gennem gitterkoblingseffekten. Til sidst omdannes den fiberstyrede lysbølge til en oscillerende SPP-overfladebølge på den vandige opløsningsside af SPP-hulrummet ved at bruge F-P etalon som mellemled, så høje Q'er og høje koblingseffektiviteter kan opnås.

Arrays af Fano-resonansstrukturerne blev først fremstillet på plane glassubstrater, derefter overført til de flade fiberende-facetter og fikseret med UV-lim. Grænsefladen mellem enhederne og glassubstraterne skal have lav vedhæftning for at sikre kvaliteten og succesraten for overførselsprocessen. Samtidig skal denne grænseflade tillade effektiv tunneling mellem de optiske felter i etalonen og SPP'erne på den vandige opløsningsside. Til dette formål opfandt forfatterne en nanocap-grænseflade, hvor et par nanometer tykt metallag dækker de udragende dielektriske nano-spalter.

Fiberproberne blev installeret i standard fiberoptiske konnektorer og brugt til at overvåge ændring af brydningsindeks og fysisk adsorption af bovint serumalbumin. Testresultaterne viser, at disse fiber-spids SPR-sensorers støjækvivalente detektionsgrænse når 10 ^-7 RIU niveau. Den er tre størrelsesordener lavere end enheder af sin art baseret på forskellige designtilgange og er allerede sammenlignelig med kommercielle SPR-instrumenter baseret på prismekobling. + Udforsk yderligere

Forskerhold udvikler ultrabredbånds-kantkobler til højeffektiv anden harmonisk generation