کارآیی یک ساختار تلفیقی از بلور فوتونی- میکرودیسک در طراحی یک حس‌گر کاربردی نانوذرات

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 زاهدان: دانشگاه سیستان و بلوچستان، دانشکده علوم، گروه فیزیک

2 دانشگاه سیستان و بلوچستان، دانشکده علوم، گروه فیزیک

چکیده

در این مقاله، با تلفیق ساختار یک مشدد نوری میکرودیسک و یک بلور فوتونی به فرم یک آرایه از حفره‌های مکعبی هوا بر مسیری دایروی در نزدیکی پیرامون آن، به طراحی و شبیه‌سازی یک نانوحس‌گر کاربردی برای نانوذرات پرداخته می‌شود. سرانجام طراحی شیارهایی با عمقی به اندازه کسری از ضخامت دیسک که حفره‌های مکعبی هوا را در همان مسیر دایروی متصل می‌سازد، به تولید شرایط ویژه برای ساخت وسیله حس‌گری نانوذرات کمک می‌نماید. در این ساختار ترکیبی، محبوس‌سازی مدهای نوری برای حس‌گری، در حجم مدی کوچک و با فاکتور کیفیت بسیار زیاد، مهیا گردیده است. نتایج حجم مدی به میزان 0.075(λ/n)3 در ناحیه یک نانوشیار مرکزی برای مدهای با فاکتور کیفیت بزرگ‌تر از ده میلیون، قابل حصول با استفاده از شبیه‌سازی با روش المان محدود، گزارش می‌گردد. خصوصیات حس‌گری ساختار با استفاده از تغییر طول‌موج مدها برای هندسه‌های مختلف دیسک، آرایه بلور فوتونی و مقادیر ابعاد شیارهای متصله مورد آنالیز قرار گرفته و دسترسی به حساسیت قابل قبولی به میزان 109 nm/RIU (نانومتر بر واحد ضریب شکست)، مقدور است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance of an Integrated Structure of Photonic Crystal-Microdisk in a Functional Nano-Particles Sensor

نویسندگان [English]

  • S. Roghaye Hamidi 1
  • Ahmadreza Daraei 2
  • Atefeh Mohsenifard 1
1 Department of Physics, Faculty of Science, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran.
2 Department of Physics, Faculty of Science, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

In this paper, the design and simulation of a functional nano-particles nano-sensor is presented by combining the structure of an optical microdisk resonator and photonic crystal in the form of an array of cubic air-holes along the circular path near microdisk’s periphery. Finally, the design of slots with a depth of about a fraction of the thickness of the disk, which links the neighboring air-holes in the same circular path, helps to create special conditions for making the nano-particles sensor device. In this combined structure, small modal volume with very high quality factor modes is provided to confine optical modes for sensing. We report values as 0.075(λ/n)3 for the modal volume in the centralized slot area for modes with a quality factor larger than 10 million, using finite element method simulation. Sensing properties of the structure are analyzed using variation of wavelength of the modes for different disk geometries, photonic crystal array, and the dimensions of the linked slots, and access to an acceptable sensitivity 109 nm/RIU (nm/refractive index unit) is possible.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano-Particle
  • Nano-Structure
  • Nano-Sensor
  • Photonic Microdisk
  • Tapered Cavity
  • Groove/Slot

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 21 خرداد 1399
  • تاریخ دریافت: 07 آذر 1397
  • تاریخ بازنگری: 13 بهمن 1398
  • تاریخ پذیرش: 20 خرداد 1399