Teknikkarta över optiska brytningsindexsensorer. En 3D-plot av olika representativa avkänningsstrukturer i kartan över bulkbrytningsindexkänslighet (x-axel), meritvärde (y-axeln), och arbetsvåglängd (z-axel). Kredit:SUTD
Plasmonik och fotonik har uppmärksammats i både den akademiska världen och industrin på grund av deras användning i ett brett spektrum av tillämpningar, varav en inkluderar optisk avkänning. Utvecklingen av optisk avkänningsteknologi bidrar inte bara till det vetenskapliga forskarsamhället som ett mångsidigt verktyg, men erbjuder också betydande kommersiellt värde för smart stad och Internet of Things (IOT)-applikationer på grund av dess energieffektivitet, lättvikt, liten storlek och lämplighet för fjärranalys. Förstärker dess betydelse, Scientific American identifierade plasmonisk avkänning som en av de 10 mest framväxande teknologierna 2018.
Olika optiska avkänningsmekanismer och sensorstrukturer har föreslagits och demonstrerats under de senaste decennierna. Nästan varje ny avkänningsmekanism eller sensorkonfiguration skulle undersökas regelbundet för att testa dess avkänningsförmåga. Dock, information om gapet mellan det experimentella förverkligandet och teoretiska gränser, skillnaden mellan metallbaserade plasmoniska sensorer och dielektriskt baserade fotoniska sensorer, och diskriminering mellan propagerande egenvåg och lokaliserade egenmodsstrukturer var inte lättillgänglig.
Forskare från Singapore University of Technology and Design (SUTD), Singapore, Agency for Science, Teknik och forskning (A*STAR), Singapore, och österrikiska tekniska institutet, Österrike, genomfört omfattande litteraturforskning, systematiskt sammanfattade och jämförde avkänningsförmågan hos dessa optiska brytningsindexsensorer enligt deras känslighet och meriter. En 3D-teknikkarta upprättades sedan (se figur 1) för att definiera standarden och utvecklingstrenden för sensorer för optiska brytningsindex som använder plasmoniska och fotoniska strukturer.
Särskilt, Följande fyra vanliga typer av etikettfria sensorer för optiskt brytningsindex som använder plasmoniska och fotoniska strukturer granskades:
Dessutom, mer avancerade hybridbrytningsindexsensorer som Fano-resonanssensorer och 2-D-material integrerade plasmoniska och fotoniska sensorer inkluderades i granskningen.
"Denna teknikkarta, precis som en strålkastare, indikerar tydligt avkänningsförmågan, fördelar och brister hos olika kategorier av optiska brytningsindexsensorer för forskare inom området, " sa förstaförfattaren Yi Xu, Ph.D. student från SUTD och Institute of High Performance Computing (IHPC), EN STJÄRNA.
Alla nyutvecklade optiska brytningsindexsensorer kan läggas till denna teknologikarta för att jämföra deras avkänningsförmåga med tidigare arbeten. Det kontinuerliga tillägget av nya plasmoniska och fotoniska brytningsindexsensorer kommer att berika teknologikartan, vilket ger ett riktmärke för denna snabba utveckling av sensorer för optiska brytningsindex.
"Med denna teknikkarta i åtanke och grundligt förstå fördelarna, begränsningar, mekanismer och utvecklingstrender för olika kategorier av RI-sensorer, tillsammans, vi kan avancera fältet mer effektivt, " sade medkorrespondent författare och doktorand medrådgivare, Dr Lin Wu, IHPC, EN STJÄRNA.
Med teknikkartan, olika optiska brytningsindexsensorer kan väljas bättre beroende på olika applikationer. "Vi tror att en sådan omfattande granskning av optiska brytningsindexsensorer med plasmoniska och fotoniska strukturer kommer att väcka stor uppmärksamhet i forskningsgemenskaperna, som kommer att hjälpa ingenjörer att använda rätt sensorer för design av delsystem i smart city och IOT, " sa SUTD professor Ricky Ang, medkorresponderande författare och Ph.D. rådgivare.
