مدل‌سازي فيزيكي يك حسگر فيبر كريستال فوتونيكي ضريب شكست بر پايه تشديد پلاسمون‌هاي سطحي

مقدمه: حسگرهاي فيبر كريستال فوتونيكي (PCF) بر پايه تشديد پلاسمون‌هاي سطحي توانايي‌هاي بي‌نظير خود را در تصويربرداري زيستي، تشخيص‌هاي پزشكي، نظارت محيطي، تشخيص بيماري غيرمخرب و‌... نشان داده‌اند. با محدود سازي موثر ميدان الكترومغناطيسي در هسته فيبر و تشديد قوي پلاسمون – پلاريتون‌هاي سطحي، ميدان محو‌شونده در مرز ميان فلز پلاسمونيك و آناليت تقويت‌شده و تپ (پالس) معني‌داري را گسيل مي‌كند كه اين امر كارايي و دقت اين‌گونه از حسگرها را بشدت افزايش مي‌دهد. شكل‌هاي متنوعي از اين‌گونه از حسگرها تاكنون طراحي شده‌اند. با‌اين‌وجود همچنان چالش‌هايي در چگونگي طراحي فصل مشترك فلز و آناليت وجود دارد. براي حل اين مشكل مي‌توان هندسه فيبر را اصلاح نمود تا در فصل مشترك فلز - آناليت، ميدان محو‌شونده به‌طور موثري تقويت شود. در اين مطالعه ساختار نويني براي حسگر ياد‌شده معرفي مي‌شود كه حساسيت شديدي به تغييرات ضريب شكست آناليت‌هاي زيستي نشان مي‌دهد. روش بررسي: در حسگر طراحي‌شده فيلم نازكي از نقره بر روي صفحه تخت صيقلي فيبر پوشانيده مي‌شود. پس‌زمينه فيبر از جنس سيليكا با حفره‌هايي از هوا با مقطع دايره‌اي براي محدود‌كردن ميدان الكترومغناطيسي در هسته فيبر آراييده شد. با تغيير ضريب شكست محيط، مكان پيك تشديد پلاسموني لايه نقره تغيير مي‌كند. با كمك روش المان‌هاي محدود (FDM) تاثير پارامترهاي گوناگون بر ميزان حسگري فيبر فوتونيكي پلاسموني طراحي شده برآورد مي‌گردد. يافته‌ها: عملكرد حسگر طراحي‌شده با استفاده از بررسي‌هاي طول موج و دامنه بررسي گرديد. بيشينه حسگري طول موجي كانال ضريب شكست به ترتيب µm/RIU 6.9 به‌دست آمد، و بيشينه حسگري دامنه‌اي مربوطه RIU-1 642.50 محاسبه شد. اين مقادير در قياس با حسگرهاي موجود بهبود قابل توجهي را نشان مي‌دهد.نتيجه‌گيري: نتايج به‌دست آمده نشان مي‌دهند كه ميزان اتلاف محدود‌سازي ميدان با ضخامت لايه نقره، شعاع حفره‌هاي هوا و فاصله ميان حفره‌ها به گونه قابل ملاحظه‌اي تغيير مي‌كند. حساسيت بالا به ضريب شكست محيط پيرامون، حسگر طراحي‌شده را گزينه‌اي مناسب براي كاربردهاي تشخيصي و زيستي مي‌سازد.