All-Semiconductor Plasmonic Resonator for Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy
All-Semiconductor Plasmonic Resonator for Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy
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用于表面增强红外吸收光谱的全半导体等离子体谐振器
DOI：
10.3390/mi8010006
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发表时间：
2017-01-19
期刊：
影响因子：
3.4
通讯作者：
Tang L
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wei W;Nong J;Jiang X;Chen N;Luo S;Tang L
由于微米波长的红外光与纳米分子之间存在弱光-物质相互作用，红外吸收光谱仍然是一个挑战。高掺杂半导体在红外频率下支持本征等离激元模式，并且与当前的外延生长工艺相兼容，这使得它具有广泛的应用前景。在这里，我们提出了一个全半导体等离子体谐振器，以提高被吸附分子的红外吸收。利用光学模型研究了结构参数对谐振腔光谱特性的影响，并进一步讨论了谐振腔增强的红外吸收特性。当在谐振腔上沉积分子层时，微弱的分子吸收信号可以显著增强。一旦谐振器的共振波长与所述分子的所需振动模式重叠，就可以实现470的高增强因子。我们的研究为中红外传感应用的工程半导体光学器件提供了一种有前途的方法。
Infrared absorption spectroscopy remains a challenge due to the weak light-matter interaction between micron-wavelengthed infrared light and nano-sized molecules. A highly doped semiconductor supports intrinsic plasmon modes at infrared frequencies, and is compatible with the current epitaxial growth processing, which makes it promising for various applications. Here, we propose an all-semiconductor plasmonic resonator to enhance the infrared absorption of the adsorbed molecules. An optical model is employed to investigate the effect of structural parameters on the spectral features of the resonator and the enhanced infrared absorption characteristics are further discussed. When a molecular layer is deposited upon the resonator, the weak molecular absorption signal can be significantly enhanced. A high enhancement factor of 470 can be achieved once the resonance wavelength of the resonator is overlapped with the desired vibrational mode of the molecules. Our study offers a promising approach to engineering semiconductor optics devices for mid-infrared sensing applications.
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