شبیه‌سازی حسگر شیمیایی برپایه ساختار فیبر بلور فوتونی نقص‌دار

در این مقاله، یک حسگر شیمیایی مبتنی بر ساختار یک فیبر بلور فوتونی نقص­‌ دار طراحی و شبیه سازی شده است. نتایج محاسباتی برپایه روش المان محدود نشان می‌دهند که هندسه ساختار حسگر پیشنهادی قادر است مد منتخب و مطلوب حسگری مواد شیمیایی، با آنالیت اتانول، را در سطح بسیار کوچک 0.4 μm2 با حساسیت فوق‌‌العاده بزرگ s~1550 nm/riu شناسایی کند. هندسه ساختار، ضمن محبوس­‌سازی مدهایی با حجم مدی بسیار کوچک vmode=0.0005(λ/nsio2)3 در ناحیه نقص، اتلاف نوری را به‌­شدت کاهش داده و با تشدید آن، فاکتور کیفیت بسیار بالای q=3.1×108 را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، ساختار مدهایی را با دامنه میراشونده به اندازه کافی بزرگ، پشتیبانی نموده و زمینه را برای استفاده از آن برای حسگری مواد شیمیایی برپایه تغییرات ضریب شکست، فراهم آورده است.

Simulation of a Chemical Sensor based on the Defective Photonic Crystal Fiber Structure

In this paper, a chemical sensor is designed and simulated based on the structure of a defective photonic crystal fiber. The computational results based on the finite element method (FEM) show that the geometry of the proposed sensor structure can detect the selected and optimal chemical sensing mode, with ethanol analyte, at a very small surface level of 0.4 μm2 with an extremely large sensitivity S~1550 nm/RIU. The geometry of the structure, though confining modes with a very small modal volume Vmode=0.0005(λ/nSiO2)3 in the defect region, drastically reduces light loss and by its resonance, provides a very high-quality factor of Q=3.1×108. In Addition, the structure supports evanescent modes with sufficiently large field amplitude and provides the basis for its use for chemical sensing based on refractive index changes.