Los sensores miniaturizados montados en fibra óptica son ampliamente reconocidos como una importante solución futura para el diagnóstico médico inmediato y en el punto de atención y la inspección in situ de productos agrícolas. Los dispositivos plasmónicos en los extremos planos de la fibra monomodo aprovechan al máximo la comodidad y la velocidad de funcionamiento de los dispositivos de fibra óptica. Pueden sumergirse directamente en muestras diminutas o insertarse con una intervención 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 de índice de refracción se ha quedado muy atrás con respecto a la óptica de espacio libre o las guías de ondas acopladas lateralmente, lo que impide que los dispositivos SPR con punta de fibra satisfagan las necesidades de las aplicaciones del mundo real donde las concentraciones objetivo son a menudo bajo.

Créditos fotográficos: por Xiaqing Sun, Zeyu Lei, Hao Zhong, Chenjia He, Sihang Liu, Qingfeng Meng, Qingwei Liu, Shengfu Chen, Xiangyang Kong y Tian Yang

Los sensores miniaturizados montados en fibra óptica son ampliamente reconocidos como una importante solución futura para el diagnóstico médico inmediato y en el punto de atención y la inspección in situ de productos agrícolas. Los dispositivos plasmónicos en las facetas de los extremos planos de la fibra monomodo aprovechan al máximo la comodidad y la velocidad de funcionamiento de los dispositivos de fibra óptica. Pueden sumergirse directamente en muestras diminutas o insertarse con una intervención 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 se ha quedado muy atrás con respecto a la óptica de espacio libre o las guías de ondas acopladas lateralmente, lo que impide que los dispositivos SPR con punta de fibra satisfagan las necesidades de las aplicaciones del mundo real donde las concentraciones objetivo son a menudo bajo.

Un equipo de científicos dirigido por el profesor Tian Yang de la Universidad Jiao Tong de Shanghái ha informado de avances notables en el diseño de dispositivos, tecnología de fabricación y SNR de sensores de polaritón de plasmón superficial (SPP) en las facetas finales de las fibras monomodo. Este trabajo fue publicado en Liviano: Fabricación Avanzada titulado «Una cavidad resonante Fano cuasi-3D en un extremo de fibra óptica para la detección de plasmones de superficie de inmersión y lectura con una alta relación señal-ruido».

Con base en su trabajo anterior sobre microcavidades de cristal SPP (Appl. Phys. Lett. 108, 231105, 2016; Appl. Phys. Lett. 110, 171107, 2017), los investigadores utilizaron una estructura híbrida que incorpora una resonancia Fano entre la cavidad SPP y crea un etalón Fabry-Pérot. El cristal SPP consta de matrices periódicas de nanorendija en una fina película de oro. La cavidad SPP consta de una región en la cinta SPP que se encuentra en el centro y está alineada con el núcleo de la fibra, y una región dentro de la banda prohibida SPP que se encuentra en las inmediaciones. La región en la banda SPP convierte la luz incidente normalmente en ondas guiadas en una banda SPP de segundo orden por el efecto de acoplamiento de rejilla. Finalmente, la onda de luz guiada por fibra se convierte en una onda de superficie oscilante SPP en el lado de la solución acuosa de la cavidad SPP utilizando el etalon FP como intermediario, de modo que se pueden lograr altos Qs y altas eficiencias de acoplamiento.

Las matrices de las estructuras de resonancia de Fano 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. Con este fin, los autores inventaron una interfaz de nanocap, 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 monitorear el cambio en el índice de refracción y la adsorción física de la albúmina de suero bovino. Los resultados de la prueba muestran que el límite de detección de ruido equivalente de estos sensores SPR con punta de fibra alcanza 10-7 nivel RIU. Es tres órdenes de magnitud inferior a los dispositivos de este tipo basados ​​en otros enfoques de diseño y ya comparable a los instrumentos SPR comerciales basados ​​en el acoplamiento de prismas.


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