Generation and performance of localised surface plasmons utilising nano-scale structured multi-layered thin films deposited upon D-shaped optical fiber
Generation and performance of localised surface plasmons utilising nano-scale structured multi-layered thin films deposited upon D-shaped optical fiber
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利用沉积在 D 形光纤上的纳米级结构多层薄膜产生局域表面等离子体激元并对其进行性能研究
DOI：
10.1117/12.2023926
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Allsop T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Allsop T
新一代表面等离子体光纤传感器是通过在单模光纤的重叠段上沉积多层涂层而制成的。利用位相掩模进行沉积后的紫外光照射，可以产生纳米尺度的表面浮雕栅格结构，类似于纳米线。单个波纹的总长度约为14μm，平均全宽半宽最大为100 nm。有证据表明，这些表面结构是由多层涂层中的二氧化硅和锗层产生的材料致密造成的，表面拓扑结构能够支持局域表面等离子体。涂层压实在D型光纤中引入应变梯度，该应变梯度产生不对称的周期性折射率分布，该非对称周期性折射率分布增强了来自光纤核心的光到涂层表面上的等离子体的耦合。实验数据表明，在紫外线处理后，光谱特性发生了变化，传感器的性能比紫外线照射前的状态有所提高。增强的性能与外部折射率的变化有关，并在气体和水的折射率范围内表现出高的光谱灵敏度，波长高达4000 nm/RIU，强度高达800分贝/RIU。该装置根据照明光的偏振状态，在非常大的波长范围内产生表面等离子激元(可见光为2μm)。
A new generation of surface plasmonic optical fibre sensors is fabricated using multiple coatings deposited on a lapped section of a single mode fibre. Post-deposition UV laser irradiation using a phase mask produces a nano-scaled surface relief grating structure, resembling nano-wires. The overall length of the individual corrugations is approximately 14 μm with an average full width half maximum of 100 nm. Evidence is presented to show that these surface structures result from material compaction created by the silicon dioxide and germanium layers in the multi-layered coating and the surface topology is capable of supporting localised surface plasmons. The coating compaction induces a strain gradient into the D-shaped optical fibre that generates an asymmetric periodic refractive index profile which enhances the coupling of the light from the core of the fibre to plasmons on the surface of the coating. Experimental data are presented that show changes in spectral characteristics after UV processing and that the performance of the sensors increases from that of their pre-UV irradiation state. The enhanced performance is illustrated with regards to change in external refractive index and demonstrates high spectral sensitivities in gaseous and aqueous index regimes ranging up to 4000 nm/RIU for wavelength and 800 dB/RIU for intensity. The devices generate surface plasmons over a very large wavelength range, (visible to 2μm) depending on the polarization state of the illuminating light.
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DOI：
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