Achievements in the development of plasmonic waveguide sensors for measuring the refractive index

Оптические датчики широко используются в биомедицинской, химической и пищевой промышленности и обеспечивают высокую чувствительность к изменениям показателя преломления в окружающей среде благодаря специфическому распределению электромагнитного поля собственных мод (резонансных состояний). Чувствительность датчика сильно зависит от его материала и структуры. В этом обзоре мы сосредоточились на анализе кремниевых волноводов как перспективном компоненте миниатюризации оптических датчиков и плазмонных датчиках показателя преломления без флуоресцентной маркировки. Представлены новейшие разработки специальных типов плазмонных структур, таких как волноводы металл–изолятор–металл, и их применение в датчиках показателя преломления. Анализируются многочисленные типы плазмонных волноводов, их геометрические структуры, материалы и процессы изготовления, а также возможные энергетические потери. Важной частью обзора является обсуждение спектральных характеристик недавно предложенных датчиков показателя преломления с акцентом на их чувствительность и показатели качества.Обзор подготовлен в рамках выполнения гранта РФФИ № 19-17-50131-Экспансия и государственного задания ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (соглашение № 007-ГЗ/Ч3363/26)

Refractive Index Sensor Based on a Metal–Insulator–Metal Waveguide Coupled with a Symmetric Structure

In this study, a new refractive index sensor based on a metal–insulator–metal waveguide coupled with a notched ring resonator and stub is designed. The finite element method is used to study the propagation characteristics of the sensor. According to the calculation results, the transmission spectrum exhibits a typical Fano resonance shape. The phenomenon of Fano resonance is caused by the coupling between the broadband spectrum and narrowband spectrum. In the design, the broadband spectrum signal is generated by the stub, while the narrowband spectrum signal is generated by the notched ring resonator. In addition, the structural parameters of the resonators and the structure filled with media of different refractive indices are varied to study the sensing properties. The maximum achieved sensitivity of the sensor reached 1071.4 nm/RIU. The results reveal potential applications of the coupled system in the field of sensors