مدل‌سازی فیزیکی یک حسگر فیبر کریستال فوتونیکی ضریب شکست بر پایه تشدید پلاسمون‌های سطحی

مقدمه: حسگرهای فیبر کریستال فوتونیکی (pcf) بر پایه تشدید پلاسمون‌های سطحی توانایی‌های بی‌نظیر خود را در تصویربرداری زیستی، تشخیص‌های پزشکی، نظارت محیطی، تشخیص بیماری غیرمخرب و‌... نشان داده‌اند. با محدود سازی موثر میدان الکترومغناطیسی در هسته فیبر و تشدید قوی پلاسمون – پلاریتون‌های سطحی، میدان محو‌شونده در مرز میان فلز پلاسمونیک و آنالیت تقویت‌شده و تپ (پالس) معنی‌داری را گسیل می‌کند که این امر کارایی و دقت این‌گونه از حسگرها را بشدت افزایش می‌دهد. شکل‌های متنوعی از این‌گونه از حسگرها تاکنون طراحی شده‌اند. با‌این‌وجود همچنان چالش‌هایی در چگونگی طراحی فصل مشترک فلز و آنالیت وجود دارد. برای حل این مشکل می‌توان هندسه فیبر را اصلاح نمود تا در فصل مشترک فلز - آنالیت، میدان محو‌شونده به‌طور موثری تقویت شود. در این مطالعه ساختار نوینی برای حسگر یاد‌شده معرفی می‌شود که حساسیت شدیدی به تغییرات ضریب شکست آنالیت‌های زیستی نشان می‌دهد. روش بررسی: در حسگر طراحی‌شده فیلم نازکی از نقره بر روی صفحه تخت صیقلی فیبر پوشانیده می‌شود. پس‌زمینه فیبر از جنس سیلیکا با حفره‌هایی از هوا با مقطع دایره‌ای برای محدود‌کردن میدان الکترومغناطیسی در هسته فیبر آراییده شد. با تغییر ضریب شکست محیط، مکان پیک تشدید پلاسمونی لایه نقره تغییر می‌کند. با کمک روش المان‌های محدود (fdm) تاثیر پارامترهای گوناگون بر میزان حسگری فیبر فوتونیکی پلاسمونی طراحی شده برآورد می‌گردد. یافته‌ها: عملکرد حسگر طراحی‌شده با استفاده از بررسی‌های طول موج و دامنه بررسی گردید. بیشینه حسگری طول موجی کانال ضریب شکست به ترتیب µm/riu 6.9 به‌دست آمد، و بیشینه حسگری دامنه‌ای مربوطه riu-1 642.50 محاسبه شد. این مقادیر در قیاس با حسگرهای موجود بهبود قابل توجهی را نشان می‌دهد.نتیجه‌گیری: نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهند که میزان اتلاف محدود‌سازی میدان با ضخامت لایه نقره، شعاع حفره‌های هوا و فاصله میان حفره‌ها به گونه قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌کند. حساسیت بالا به ضریب شکست محیط پیرامون، حسگر طراحی‌شده را گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای تشخیصی و زیستی می‌سازد. 

physical modeling of a refractive index photonic crystal fiber based on surface plasmon resonance

photonic crystal fiber (pcf) sensors based on surface plasmon resonance have shown their unique abilities in biological imaging, medical diagnostics, environmental monitoring, non-destructive disease diagnosis, etc. by effectively limiting the electromagnetic field in the fiber core and strong resonance of the surface plasmon-polariton, the evanescent field at the boundary between the plasmonic metal and the analyte is amplified and emits a significant pulse, which greatly increases the efficiency and accuracy of this type of sensor. various forms of this kind of sensors have been designed so far. however, there are still challenges in how to design the metal-analyte interface. to solve this problem, the geometry of the fiber can be modified to effectively strengthen the evanescent field at the metal-analyte interface. in this study, a new structure is introduced for the aforementioned sensor, which shows a high sensitivity to changes in the refractive index of biological analytes.