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Design and analysis of a tunable refractive index sensor by using a Ta2O5-coated photonic crystal fiber
Journal of Nanophotonics ( IF 1.5 ) Pub Date : 2021-02-01 , DOI: 10.1117/1.jnp.15.016006
Sugandha Das 1 , Vinod Kumar Singh 1
Affiliation  

A plasmonic refractive index (RI) sensor based on photonic crystal fiber is proposed. A chemically stable thin film of gold (Au) is used as an active plasmonic layer and high RI material Ta2O5 is used as an overlayer over the gold thin film. The effect of Ta2O5 thin film on the sensor performance is analyzed in detail and a novel, as per the authors’ best knowledge, operating analyte RI range tunable property is reported. It is observed that the operating range is tuned toward the lower RI region with increasing Ta2O5 layer thickness. Furthermore, the sensor is optimized and its sensitivity is realized using both wavelength and amplitude interrogation techniques. A maximum wavelength sensitivity and amplitude sensitivity of 16,354 nm/RIU (refractive index unit) and 1574 RIU − 1, respectively, are obtained corresponding to the operating RI range of 1.39 to 1.41 for the optimized structure. Moreover, the detection accuracy of the sensor is found of the order of 10 − 6 with a high figure of merit up to 282 representing an overall good sensing performance. The sensor performance is realized using surface plasmon resonance phenomenon and numerically analyzed using finite element method. Our study, no doubt, provides a new direction of designing RI sensor that could tune the RI range to the desired operating range. In addition, the simple design feasibility, low fabrication cost, and portable nature of the proposed sensor make it suitable for industrial and chemical sensing applications.

中文翻译:

Ta 2 O 5包覆光子晶体光纤可调谐折射率传感器的设计与分析

提出了一种基于光子晶体光纤的等离子体折射率传感器。金(Au)的化学稳定薄膜用作有源等离子体层,高RI材料Ta2O5用作金薄膜上的覆盖层。详细分析了Ta2O5薄膜对传感器性能的影响,并根据作者的最佳知识,报道了一种新颖的操作分析物RI范围可调性。可以看出,随着Ta2O5层厚度的增加,工作范围朝着较低的RI区调整。此外,使用波长和幅度询问技术对传感器进行了优化,并实现了灵敏度。最大波长灵敏度和幅度灵敏度分别为16,354 nm / RIU(折射率单位)和1574 RIU-1,获得了与优化结构的工作RI范围1.39至1.41相对应的结果。此外,发现传感器的检测精度约为10 -6,具有高达282的高品质因数,代表了总体良好的传感性能。利用表面等离子体共振现象实现传感器性能,并使用有限元方法进行数值分析。毫无疑问,我们的研究为RI传感器的设计提供了新的方向,可以将RI范围调整到所需的工作范围。另外,所提出的传感器简单的设计可行性,较低的制造成本和便携性使其适合工业和化学传感应用。传感器的检测精度约为10 -6,具有高达282的高品质因数,代表了总体良好的传感性能。利用表面等离子体共振现象实现传感器性能,并使用有限元方法进行数值分析。毫无疑问,我们的研究为RI传感器的设计提供了新的方向,可以将RI范围调整到所需的工作范围。另外,所提出的传感器的简单设计可行性,较低的制造成本和便携性使其适合工业和化学传感应用。传感器的检测精度约为10 -6,具有高达282的高品质因数,代表了总体良好的传感性能。利用表面等离子体共振现象实现传感器性能,并使用有限元方法进行数值分析。毫无疑问,我们的研究为RI传感器的设计提供了新的方向,可以将RI范围调整到所需的工作范围。另外,所提出的传感器的简单设计可行性,较低的制造成本和便携性使其适合工业和化学传感应用。为设计RI传感器提供了新的方向,可以将RI范围调整到所需的工作范围。另外,所提出的传感器简单的设计可行性,较低的制造成本和便携性使其适合工业和化学传感应用。为设计RI传感器提供了新的方向,可以将RI范围调整到所需的工作范围。另外,所提出的传感器简单的设计可行性,较低的制造成本和便携性使其适合工业和化学传感应用。
更新日期:2021-02-19
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