Los sensores miniaturizados montados sobre fibras ópticas son ampliamente reconocidos como una importante solución futura para el diagnóstico médico instantáneo y en el punto de atención y la inspección de productos agrícolas en el sitio. Los dispositivos plasmónicos en las facetas finales planas de las fibras monomodo aprovechan al máximo las capacidades de operación convenientes y rápidas de los dispositivos de fibra óptica. Pueden sumergirse directamente en muestras diminutas o insertarse con una invasión mínima.

Sin embargo, la mayoría de los dispositivos de este tipo se han visto limitados por bajos factores de calidad de resonancia (Q) o bajas eficiencias de acoplamiento al acoplar los plasmones y las ondas de luz guiadas por fibra. En consecuencia, la relación señal-ruido (SNR) de la detección del cambio del índice de refracción ha quedado muy por detrás de la óptica de espacio libre o las contrapartes de la guía de ondas de acoplamiento lateral, lo que impide que los dispositivos SPR con punta de fibra cumplan con los requisitos de las aplicaciones reales donde las concentraciones objetivo suelen ser bajos.

Un equipo de científicos, dirigido por el profesor Tian Yang de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, ha informado de un progreso notable en el diseño de dispositivos, tecnología de fabricación y SNR de dispositivos de detección de polaritones de plasmones superficiales (SPP) en las facetas finales de las fibras ópticas monomodo. Este trabajo ha sido publicado en Light:Advanced Manufacturing , titulado "Una cavidad de resonancia de fano cuasi-3D en la faceta final de fibra óptica para detección de plasmón de superficie de inmersión y lectura de alta relación señal-ruido".

Basándose en su trabajo anterior en microcavidades de cristal SPP, los investigadores utilizaron una estructura híbrida que produce resonancia de Fano entre la cavidad SPP y un etalón Fabry-Pérot. El cristal SPP consta de matrices periódicas de nanorendijas en una fina película de oro. La cavidad SPP consta de una región en la banda SPP que se encuentra en el centro y se alinea con el núcleo de la fibra, y una región de banda prohibida dentro del SPP, que se encuentra en los alrededores. La región en la banda SPP convierte la luz incidente normalmente en ondas guiadas en una banda SPP de segundo orden a través del efecto de acoplamiento de rejilla. Finalmente, la onda de luz guiada por fibra se convierte en una onda de superficie SPP oscilante en el lado de la solución acuosa de la cavidad SPP, utilizando el etalon F-P como intermediario para que se puedan lograr altos Qs y altas eficiencias de acoplamiento.

Los arreglos de las estructuras de Fano-resonancia se fabricaron primero en sustratos de vidrio plano, luego se transfirieron a las facetas de los extremos de fibra plana y se fijaron con pegamento UV. La interfaz entre los dispositivos y los sustratos de vidrio debe tener una baja adherencia para garantizar la calidad y la tasa de éxito del proceso de transferencia. Al mismo tiempo, esta interfaz debe permitir una tunelización eficiente entre los campos ópticos en el etalon y los SPP en el lado de la solución acuosa. Para este propósito, los autores inventaron una interfaz de nanocapa en la que una capa de metal de unos pocos nanómetros de espesor cubre las nanoranuras dieléctricas que sobresalen.

Las sondas de fibra se instalaron en conectores de fibra óptica estándar y se usaron para controlar el cambio del índice de refracción y la adsorción física de la albúmina sérica bovina. Los resultados de la prueba muestran que el límite de detección de ruido equivalente de estos sensores SPR con punta de fibra alcanza el 10 ^-7 nivel RIU. Es tres órdenes de magnitud inferior a los dispositivos de este tipo basados ​​en diferentes enfoques de diseño y ya es comparable a los instrumentos SPR comerciales basados ​​en el acoplamiento de prismas. + Explora más

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