(a) Illustrazione schematica della struttura del dispositivo quasi-3D. (b) Una vista ingrandita mostra nanocaps e nanoslits. (c) Distribuzione dell'intensità del campo elettrico, in cui un'onda luminosa a guida di fibra incidente dal basso, mediata dall'etalon F-P, eccita gli SPP sul lato della soluzione acquosa. Crediti:Xiaqing Sun, Zeyu Lei, Hao Zhong, Chenjia He, Sihang Liu, Qingfeng Meng, Qingwei Liu, Shengfu Chen, Xiangyang Kong e Tian Yang
I sensori miniaturizzati montati su fibre ottiche sono ampiamente riconosciuti come un'importante soluzione futura per la diagnosi medica istantanea e presso il punto di cura e l'ispezione in loco dei prodotti agricoli. I dispositivi plasmonici sulle sfaccettature terminali piatte delle fibre monomodali utilizzano al massimo le capacità operative convenienti e rapide dei dispositivi in fibra ottica. Possono essere immersi direttamente in campioni minuti o inseriti con un'invasione minima.
Tuttavia, la maggior parte dei dispositivi di questo tipo sono stati limitati da fattori di bassa qualità di risonanza (Q) o da basse efficienze di accoppiamento quando si accoppiano i plasmoni e le onde luminose guidate da fibre. Di conseguenza, il rapporto segnale-rumore (SNR) del rilevamento del cambiamento dell'indice di rifrazione è rimasto molto indietro rispetto all'ottica dello spazio libero o alle controparti della guida d'onda ad accoppiamento laterale, impedendo ai dispositivi SPR con punta in fibra di soddisfare i requisiti delle applicazioni reali in cui le concentrazioni target sono spesso bassi.
Un team di scienziati, guidato dal Prof. Tian Yang dell'Università Jiao Tong di Shanghai, ha riportato notevoli progressi nella progettazione di dispositivi, nella tecnologia di fabbricazione e nell'SNR dei dispositivi di rilevamento del polaritone plasmonico di superficie (SPP) sulle facce terminali delle fibre ottiche monomodali. Questo lavoro è stato pubblicato in Light:Advanced Manufacturing , dal titolo "Una cavità di risonanza fano quasi 3D sulla sfaccettatura terminale della fibra ottica per il rilevamento del plasmone di superficie dip-and-read ad alto rapporto segnale-rumore".
Sulla base del loro precedente lavoro sulle microcavità dei cristalli SPP, i ricercatori hanno utilizzato una struttura ibrida che produce la risonanza di Fano tra la cavità SPP e un etalon di Fabry-Pérot. Il cristallo SPP comprende array periodici di nano-fessure in una sottile pellicola d'oro. La cavità SPP è costituita da una regione sulla banda SPP che si trova al centro e si allinea con il nucleo della fibra e da una regione entro la banda SPP, che si trova nell'ambiente circostante. La regione sulla banda SPP converte la luce normalmente incidente in onde guidate su una banda SPP del secondo ordine attraverso l'effetto di accoppiamento reticolo. Infine, l'onda di luce guidata dalla fibra viene convertita in un'onda superficiale SPP oscillante sul lato della soluzione acquosa della cavità SPP, utilizzando F-P etalon come intermediario in modo da poter ottenere Q elevati ed elevate efficienze di accoppiamento.
(a) Micrografia ottica del processo di trasferimento. (b) Il dispositivo è confezionato in un connettore in fibra ottica standard. Crediti:Xiaqing Sun, Zeyu Lei, Hao Zhong, Chenjia He, Sihang Liu, Qingfeng Meng, Qingwei Liu, Shengfu Chen, Xiangyang Kong e Tian Yang
Inserto:lunghezza d'onda di risonanza rispetto all'indice di rifrazione. Crediti:Xiaqing Sun, Zeyu Lei, Hao Zhong, Chenjia He, Sihang Liu, Qingfeng Meng, Qingwei Liu, Shengfu Chen, Xiangyang Kong e Tian Yang
Gli array delle strutture di risonanza di Fano sono stati prima fabbricati su substrati di vetro planari, quindi trasferiti alle facce terminali in fibra piatta e fissati mediante colla UV. L'interfaccia tra i dispositivi e i substrati di vetro deve avere una bassa adesione per garantire la qualità e la percentuale di successo del processo di trasferimento. Allo stesso tempo, questa interfaccia deve consentire un efficiente tunneling tra i campi ottici nell'etalon e gli SPP sul lato della soluzione acquosa. A tale scopo, gli autori hanno inventato un'interfaccia nanocap in cui uno strato di metallo spesso pochi nanometri ricopre le nano-fessure dielettriche sporgenti.
Le sonde in fibra sono state installate in connettori a fibra ottica standard e utilizzate per monitorare la variazione dell'indice di rifrazione e l'assorbimento fisico dell'albumina sierica bovina. I risultati del test mostrano che il limite di rilevamento equivalente al rumore di questi sensori SPR con punta in fibra raggiunge 10 -7 livello RIU. È tre ordini di grandezza inferiore rispetto ai dispositivi del suo genere basati su diversi approcci di progettazione ed è già paragonabile agli strumenti SPR commerciali basati sull'accoppiamento prismatico. + Esplora ulteriormente
