Design and Analysis of Waveguide Structure Sensor Based on Nanoparticles and Left-handed Material

Abstract

Використання лівогвинтових матеріалів у наукових застосуваннях привернуло увагу багатьох дослідників за останні кілька років. Наночастинки – це також нові матеріали з невеликими розмірами в нанометровому масштабі, які швидко привертають до себе все більший інтерес і увагу, особливо в галузі нанотехнологій. Основними перевагами використання як лівогвинтових матеріалів, так і наночастинок у запропонованих датчиках є можливість значного зменшення розмірів структури та покращення датчика чутливості. У роботі ми дослідили тришаровий планарний хвилеводний датчик, що складається з ядра з тонких наночастинок на основі лівосторонніх матеріалів підкладки та водяного покриву, які використовуються для зондування. Взаємодія поверхневих хвиль ТМ і ТЕ з запропонованою планарною хвилеводною структурою буде вивчатися для виявлення глибини проникнення; будь-які зміни показника заломлення аналіту та пов'язаного з цим ефекту підвищення чутливості будуть проаналізовані. Спостерігається, що чутливість запропонованих датчиків покращується у порівнянні із звичайними тришаровими хвилеводними датчиками. Помічено високу чутливість, яка може бути використана для майбутніх застосувань датчиків.

The use of left-handed materials in scientific applications has attracted attention of many researchers in the last few years. Nanoparticles are also new materials with small size in scale of nanometer which are rapidly attracting more interest and consideration especially in nanotechnology application. The main advantages of using both left-handed materials and nanoparticles in the proposed sensors are the possibility of a significant reduction in the structure size and the enhancement of the sensitivity sensor. In this paper, we have investigated a three-layer planar waveguide sensor consisting of thin nanoparticles core based on left-handed material substrate and water cover which are employed for sensing applications. The interaction of TM and TE surface waves with the proposed planar waveguide structure will be studied for detection of the penetration depth, any changes in the refractive index of the analyte and the related sensitivity enhancement effect are analyzed. It is observed that the sensitivity of the proposed sensors is improved compared to that of the conventional three-layer waveguide sensors. High sensitivity has been observed which could be utilized for future sensor applications.