Refractive Index Sensing and Label-Free Detection Employing Oval Resonator Structured Plasmonic Sensor

Abstract

Плазмоніка – молода область досліджень в галузі нанооптики. Завдяки здатності створювати нанорозмірні гарячі точки, які близькі до розміру біочастинок, вона широко застосовується в біодетектуванні з покращеною взаємодією речовина/світло та підвищеною чутливістю до змін показника заломлення (RI). У статті ми пропонуємо мініатюрний плазмонний датчик RI з високими характеристиками детектування. У роботі представлено запропонований нами плазмонний датчик RI на основі резонансів Фано у хвилеводі зі структурою метал-ізолятор-метал (MIM) з наностінкою, поєднаною з овальним резонатором. Спектральні характеристики та властивості пропускання датчика детально проаналізовані за допомогою методу кінцевих різниць у часовій області (FDTD). Запропонований датчик виявив високу чутливість до безмаркерного детектування при оптимальній конструкції. Моделювання FDTD показує, що значення чутливості за RI можуть досягати 3787,9 нм на одиницю показника заломлення (RIU).

Plasmonics is a young area of nano-optics research. Owing to its ability to produce nanoscale hot spots, which are close to the size of bioparticles, it has been largely applied in biodetection with enhanced matter/light interactions and heightened sensitivity to refractive index (RI) changes. In this manuscript, we propose a miniature plasmonic RI sensor with high detection performances. Our proposed plasmonic RI sensor based on Fano resonances in a metal-insulator-metal (MIM) waveguide with a nanowall coupled with an oval resonator is presented in this work. The spectral characteristics and the transmission properties of the sensor are extensively analyzed using the finite difference time-domain (FDTD) method. The proposed sensor proves to be highly sensitive for label-free detection with an optimum design. FDTD simulations show that RI sensitivity values can be as high as 3787.9 nm per refractive index unit (RIU).