Численное исследование плазмонного резонанса в изогнутом одномодовом металлизированном волоконном световоде в трёхмерной геометрии

Численное исследование плазмонного резонанса в изогнутом одномодовом металлизированном волоконном световоде в трёхмерной геометрии

Автор: Дышлюк Антон Владимирович, Витрик Олег Борисович, Кульчин Юрий Николаевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 5 т.41, 2017 года.

Бесплатный доступ

Работа посвящена численному исследованию поверхностного плазмонного резонанса в изогнутом одномодовом волоконном световоде с металлизированной оболочкой. Показано, что при оптимальном сочетании радиуса изгиба и толщины металлической пленки плазмон-поляритонные волны могут возбуждаться за счет связи между фундаментальной и плазмонной модами через посредство оболочечных мод шепчущей галереи. Данный эффект приводит к формированию резонансного провала в спектре пропускания световода на длине волны, сильно зависящей от показателя преломления внешней среды. Это открывает возможность построения волоконно-оптического плазмон-поляритонного рефрактометра на одномодовом световоде, не нарушая его структурной целостности и не используя дополнительных волноводных элементов. Продемонстрирована возможность рефрактометрических измерений с чувствительностью ~12 мкм на единицу показателя преломления.

Еще

Поверхностный плазмонный резонанс, волоконно-оптический рефрактометр, биосенсорика, моды шепчущей галереи, изгиб одномодового световода

Короткий адрес: https://sciup.org/140228651

IDR: 140228651   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-599-608

Список литературы Численное исследование плазмонного резонанса в изогнутом одномодовом металлизированном волоконном световоде в трёхмерной геометрии

  • Biosensors and biodetection/Ed. by A. Rasooly, K.E. Herold. -Humana Press, 2009. -452 p. -ISBN: 978-1-60327-566-8.
  • Optical chemical sensors/ed. by F. Baldini, A.N. Chester, J. Homola, S. Martellucci. -Dordrecht, The Netherlands: Springer Science & Business Media, 2006. -520 p. -ISBN: 978-1-4020-4609-4.
  • McDonagh, C. Optical chemical sensors/C. McDonagh, C.S. Burke, B.D. MacCraith//Chemical Reviews. -2008. -Vol. 108, Issue 2. -P. 400-422. - DOI: 10.1021/cr068102g
  • Optical guided-wave chemical and biosensors I/ed. by M. Zourob, A. Lakhtakia. -Berlin, Heidelberg: Springer Science & Business Media, 2010. -234 p. -ISBN: 978-3-540-88241-1.
  • Optical guided-wave chemical and biosensors II/ed. by M. Zourob, A. Lakhtakia. -Berlin, Heidelberg: Springer Science & Business Media, 2010. -301 p. -ISBN: 978-3-642-02826-7.
  • Optical biosensors: Today and tomorrow/ed. by F.S. Ligler, C.R. Taitt. -712 p. -Elsevier, 2011. -ISBN: 978-0-444-53125-4.
  • Homola, J. Electromagnetic theory of surface plasmons/J. Homola. -In book: Surface plasmon resonance based sensors/ed. by J. Homola. -Berlin, Heidelberg: Springer, 2006. -P. 3-44. -ISBN: 978-3-540-33918-2.
  • Cooper, M.A. Optical biosensors in drug discovery/M.A. Cooper//Nature Reviews Drug Discovery. -2002. -Vol. 1, Issue 7. -P. 515-528. - DOI: 10.1038/nrd838
  • Photonic sensing: Principles and applications for safety and security monitoring/ed. by G. Xiao, W.J. Bock. -Hoboken, NJ: A John Wiley & Sons, Inc., 2012. -336 p. -ISBN: 978-0-470-62695-5.
  • Leung, A. A review of fiber-optic biosensors/A. Leung, P.M. Shankar, R. Mutharasan//Sensors and Actuators B: Chemical. -2007. -Vol. 125, Issue 2. -P. 688-703. - DOI: 10.1016/j.snb.2007.03.010
  • Bosch, M.E. Recent development in optical fiber bioSensors/M.E. Bosch, A.J.R. Sánchez, F.S. Rojas, C.B. Ojeda//Sensors. -2007. -Vol. 7, Issue 6. -P. 797-859. - DOI: 10.3390/s7060797
  • Fan, X. Sensitive optical biosensors for unlabeled targets: A review/X. Fan, I.M. White, S.I. Shopova, H. Zhu, J.D. Suter, Y. Sun//Analytica Chimica Acta. -2008. -Vol. 620, Issue 1-2. -P. 8-26. - DOI: 10.1016/j.aca.2008.05.022
  • Wang, X. Fiber-optic chemical sensors and biosensors (2013-2015)/X. Wang, O.S. Wolfbeis//Analytical Chemistry. -2015. -Vol. 88, Issue 1. -P. 203-227. - DOI: 10.1021/acs.analchem.5b04298
  • Wang, P. Investigation of macrobending losses of standard single mode fiber with small bend radii/P. Wang, Q. Wang, G. Farrell, G. Rajan, Th. Freir, J. Cassidy//Microwave and Optical Technology Letters. -2007. -Vol. 49, Issue 9. -P. 2133-2138. - DOI: 10.1002/mop.22671
  • Harris, A. Bend loss measurements on high numerical aperture single-mode fibers as a function of wavelength and bend radius/A. Harris, P. Castle//Journal of Lightwave technology. -1986. -Vol. 4, Issue 1. -P. 34-40. - DOI: 10.1109/JLT.1986.1074626
  • Renner, H. Bending losses of coated single-mode fibers: A simple approach/H. Renner//Journal of Lightwave Technology. -1992. -Vol. 10, Issue 5. -P. 544-551. - DOI: 10.1109/50.136086
  • Wang, Q. Theoretical and experimental investigations of macro-bend losses for standard single mode fibers/Q. Wang, G. Farrell, T. Freir//Optics Express. -2005. -Vol. 13, Issue 12. -P. 4476-4484. - DOI: 10.1364/OPEX.13.004476
  • Wang, P. Macrobending single-mode fiber-based refractometer/P. Wang, Yu. Semenova, Q. Wu, G. Farrell, Y. Ti, J. Zheng//Applied Optics. -2009. -Vol. 48, Issue 31. -P. 6044-6049. - DOI: 10.1364/AO.48.006044
  • Kulchin, Y.N. Effect of small variations in the refractive index of the ambient medium on the spectrum of a bent fibre-optic Fabry-Perot interferometer/Y.N. Kulchin, O.B. Vitrik, S.O. Gurbatov//Quantum Electronics. -2011. -Vol. 41, Issue 9. -P. 821-823. - DOI: 10.1070/QE2011v041n09ABEH014677
  • Nam, S.H. High-temperature sensing using whispering gallery mode resonance in bent optical fibers/S.H. Nam, S. Yin//IEEE Photonics Technology Letters. -2005. -Vol. 17, Issue 11. -P. 2391-2393. - DOI: 10.1109/LPT.2005.857988
  • Rajan, G. All-fibre temperature sensor based on macro-bend singlemode fibre loop/G. Rajan, Y. Semenova, G. Farrell//Electronics Letters. -2008. -Vol. 44, Issue 19. -P. 1123-1124. - DOI: 10.1049/el:20081233
  • Wang, P. A macrobending singlemode fiber refractive index sensor for low refractive index liquids/P. Wang, Yu. Semenova, Y. Li, Q. Wu, G. Farrell//Photonics Letters of Poland. -2010. -Vol. 2, Issue 2. -P. 67-69. - DOI: 10.4302/plp.2010.2.05
  • Chiang, C.C. Whispering gallery mode based optical fiber sensor for measuring concentration of salt solution/C.-C. Chiang, J.-C. Chao//Journal of Nanomaterials. -2013. -Vol. 2013. -372625. - DOI: 10.1155/2013/372625
  • Gupta, B.D. Surface plasmon resonance-based fiber optic sensors: principle, probe designs, and some applications/B.D. Gupta, R.K. Verma//Journal of Sensors. -2009. -Vol. 2009. -979761 (12 p.). - DOI: 10.1155/2009/979761
  • Srivastava, S.K. Fiber optic plasmonic sensors: past, present and future/S.K. Srivastava, B.D. Gupta//The Open Optics Journal. -2013. -Vol. 7, Issue 1. -P. 58-83. - DOI: 10.2174/1874328501307010058
  • Guo, X. Surface plasmon resonance based biosensor technique: a review/X. Guo//Journal of Biophotonics. -2012. -Vol. 5, Issue 7. -P. 483-501. - DOI: 10.1002/jbio.201200015
  • Caucheteur, C. Review of plasmonic fiber optic biochemical sensors: improving the limit of detection/C. Caucheteur, T. Guo, J. Albert//Analytical and Bioanalytical Chemistry. -2015. -Vol. 407, Issue 14. -P. 3883-3897. - DOI: 10.1007/s00216-014-8411-6
  • Homola, J. Optical fiber sensor based on surface plasmon excitation/J. Homola//Sensors and Actuators B: Chemical. -1995. -Vol. 29, Issue 1-3. -P. 401-405. - DOI: 10.1016/0925-4005(95)01714-3
  • Schuster, T. Miniaturized long-period fiber grating assisted surface plasmon resonance sensor/T. Schuster, R. Herschel, N. Neumann, C.G. Schaffer//Journal of Lightwave Technology. -2012. -Vol. 30, Issue 8. -P. 1003-1008. - DOI: 10.1109/JLT.2011.2166756
  • Albert, J. Tilted fiber Bragg grating sensors/J. Albert, L.Y. Shao, C. Caucheteur//Laser & Photonics Reviews. -2013. -Vol. 7, Issue 1. -P. 83-108. - DOI: 10.1002/lpor.201100039
  • Kulchin, Y.N. Analysis of surface plasmon resonance in bent single-mode waveguides with metal-coated cladding by eigenmode expansion method/Y.N. Kulchin, O.B. Vitrik, A.V. Dyshlyuk//Optics Express. -2014. -Vol. 22, Issue 18. -P. 22196-22201. - DOI: 10.1364/OE.22.022196
  • Kulchin, Yu.N. Surface plasmon resonance excitation in a bent single-mode optical fiber with metal-coated cladding: Numerical simulation/Yu.N. Kulchin, O.B. Vitrik, A.V. Dyshlyuk, S.O. Gurbatov, G. Lu//Technical Physics Letters. -2014. -Vol. 40, Issue 12. -P. 1107-1110. - DOI: 10.1134/S1063785014120281
  • Palik, E.D. Handbook of optical constants of solids/E.D. Palik. -Vol. 3. -San Diego: Academic Press, 1998. -999 p. -ISBN: 978-0-125444231.
  • Gallagher, D.F.G. Eigenmode expansion methods for simulation of optical propagation in photonics: pros and cons/D.F.G. Gallagher, T.P. Felici//Proceedings of SPIE. -2003. -Vol. 4987. -P. 69-82. - DOI: 10.1117/12.473173
  • Snyder, A.W. Optical waveguide theory/A.W. Snyder, J.D. Love. -Springer Science & Business Media, 2012. -738 p. -ISBN: 978-1-461328131.
  • Sammut, R. Leaky modes on a dielectric waveguide: orthogonality and excitation/R. Sammut, A.W. Snyder//Applied Optics. -1976. -Vol. 15, Issue 4. -P. 1040-1044 DOI: 10.1364/AO.15.001040
  • Barthes, J. A coupled lossy local-mode theory description of a plasmonic tip/J. Barthes, G. Colas des Francs, A. Bouhelier, A. Dereux//New Journal of Physics. -2012. -Vol. 14, Issue 8. -083041. - DOI: 10.1088/1367-2630/14/8/083041
  • Ding, W. Internal excitation and superfocusing of surface plasmon polaritons on a silver-coated optical fiber tip/W. Ding, S.R. Andrews, S.A. Maier//Physical Review A. -2007. -Vol. 75, Issue 6. -063822. -10.1103/PhysRevA.75.063822.
  • Novotny, L. Light propagation in a cylindrical waveguide with a complex, metallic, dielectric function/L. Novotny, C. Hafner//Physical Review E. -1994. -Vol. 50, Issue 5. -P. 4094-4106. - DOI: 10.1103/PhysRevE.50.4094
  • Refki, S. Anticrossing behavior of surface plasmon polariton dispersions in metal-insulator-metal structures/S. Refki, Sh. Hayashi, A. Rahmouni, D.V. Nesterenko, Z. Sekkat//Plasmonics. -2016. -Vol. 11, Issue 2. -P. 433-440. - DOI: 10.1007/s11468-015-0047-7
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp