(a) Schematisk illustration av enhetens kvasi-3D-struktur. (b) En zoomvy visar nanocaps och nanoslits. (c) Elektriskt fältintensitetsfördelning, där en fiberledd ljusvåg som faller in från botten, förmedlad av F-P etalon, exciterar SPP på vattenlösningssidan. Kredit:Xiaqing Sun, Zeyu Lei, Hao Zhong, Chenjia He, Sihang Liu, Qingfeng Meng, Qingwei Liu, Shengfu Chen, Xiangyang Kong och Tian Yang
Miniatyriserade sensorer monterade på optiska fibrer är allmänt erkända som en viktig framtida lösning för omedelbar medicinsk diagnostik och medicinsk diagnostik på plats och inspektion av jordbruksprodukter på plats. Plasmoniska enheter på de platta ändfasetterna av singelmodsfibrer använder fiberoptiska enheters bekväma och snabba funktionsförmåga till fullo. De kan doppas direkt i små prover eller sättas in med minimal invasion.
De flesta enheter av detta slag har emellertid begränsats av låga resonanskvalitetsfaktorer (Q) eller låg kopplingseffektivitet vid koppling av plasmonerna och de fiberledda ljusvågorna. Följaktligen har signal-till-brusförhållandet (SNR) för brytningsindexförändringsdetektering släpat långt efter motsvarigheterna till friutrymmesoptiken eller sidokopplingsvågledaren, vilket förhindrar fiberspets SPR-enheter från att uppfylla kraven för verkliga applikationer där målkoncentrationerna är ofta låga.
Ett team av vetenskapsmän, ledda av prof. Tian Yang från Shanghai Jiao Tong University, har rapporterat anmärkningsvärda framsteg inom enhetsdesign, tillverkningsteknik och SNR för ytplasmonpolariton (SPP) avkänningsenheter på ändfasetterna av optiska enkelmodsfibrer. Detta arbete har publicerats i Light:Advanced Manufacturing , med titeln "En kvasi-3D fanoresonanshålighet på optisk fiberändfasett för hög signal-brusförhållande dip-and-read ytplasmonavkänning."
Baserat på deras tidigare arbete med SPP-kristallmikrokaviteter använde forskarna en hybridstruktur som producerar Fano-resonans mellan SPP-kaviteten och en Fabry-Pérot etalon. SPP-kristallen består av periodiska nano-slitsarrayer i en tunn guldfilm. SPP-kaviteten består av en on-SPP-band-region som sitter i mitten och är i linje med fiberkärnan, och en inom-SPP-bandgap-region, som sitter i omgivningen. Området på SPP-bandet omvandlar det normalt infallande ljuset till styrda vågor på ett andra ordningens SPP-band genom gitterkopplingseffekten. Slutligen omvandlas den fiberledda ljusvågen till en oscillerande SPP-ytvåg på vattenlösningssidan av SPP-kaviteten, med hjälp av F-P etalon som en mellanhand så att höga Qs och hög kopplingseffektivitet kan uppnås.
(a) Optisk mikrofotografi av överföringsprocessen. (b) Enheten är förpackad i en standard fiberoptisk kontakt. Kredit:Xiaqing Sun, Zeyu Lei, Hao Zhong, Chenjia He, Sihang Liu, Qingfeng Meng, Qingwei Liu, Shengfu Chen, Xiangyang Kong och Tian Yang
Insättning:resonansvåglängd mot brytningsindex. Kredit:Xiaqing Sun, Zeyu Lei, Hao Zhong, Chenjia He, Sihang Liu, Qingfeng Meng, Qingwei Liu, Shengfu Chen, Xiangyang Kong och Tian Yang
Uppsättningar av Fano-resonansstrukturer tillverkades först på plana glassubstrat, överfördes sedan till de platta fiberändfasetterna och fixerades med UV-lim. Gränssnittet mellan enheterna och glassubstraten måste ha låg vidhäftning för att säkerställa kvaliteten och framgångsgraden för överföringsprocessen. Samtidigt måste detta gränssnitt möjliggöra effektiv tunnling mellan de optiska fälten i etalonen och SPP:erna på vattenlösningssidan. För detta ändamål uppfann författarna ett nanocap-gränssnitt där några nanometer tjockt metallskikt täcker de utskjutande dielektriska nano-slitsarna.
Fibersonderna installerades i standard fiberoptiska kopplingar och användes för att övervaka förändring av brytningsindex och fysisk adsorption av bovint serumalbumin. Testresultaten visar att dessa fiberspets SPR-sensorers brusekvivalenta detekteringsgräns når 10 -7 RIU-nivå. Den är tre storleksordningar lägre än enheter av sitt slag baserade på olika designmetoder och är redan jämförbar med kommersiella SPR-instrument baserade på prismakoppling. + Utforska vidare
