Thiết kế và Cải tiến Hiệu suất của Cảm biến Hóa học Quang dựa trên Sợi Tinh thể Photon (PCF) trong Sự Lan truyền Sóng Terahertz (THz)

Silicon - Tập 13 - Trang 3879-3887 - 2020
Md. Selim Hossain1, Shuvo Sen2
1Department of Computer Science and Engineering, Khwaja Yunus Ali University, Sirajganj, Bangladesh
2Department of Information and Communication Technology (ICT), Mawlana Bhashani Science and Technology University (MBSTU), Tangail, Bangladesh

Tóm tắt

Một lớp bọc hình thất giác (HC) với lõi hình lục giác xoay (RH) trong sợi tinh thể photon (H-PCF) đã được tạo ra cho lĩnh vực cảm biến hóa học trong vùng terahertz (THz). Có năm lớp lỗ khí hình tròn (CAH) trong vùng bọc hình thất giác và hai lớp lục giác xoay của CAH trong vùng lõi đã được sử dụng để phát triển PCF này. H-PCF được đề xuất, áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn toàn vectơ (FEM) và điều kiện biên lớp phù hợp hoàn hảo (PML) đã được sử dụng dựa trên một công cụ phần mềm. Sau khi mô phỏng kết quả, cảm biến được đề xuất cho thấy độ nhạy tương đối (RS) là 68,48%, 69,20%, 66,78% và tổn thất giam giữ (CL) là 2,13 × 10−09 dB/m, 1,92 × 10−09 dB/m và 2,70 × 10−06 dB/m cho các phân tích tập trung Ethanol (n = 1,354), Benzene (n = 1,366) và Nước (n = 1,330) tương ứng tại chế độ tần số 1 THz. Chúng tôi cũng đã thảo luận kỹ lưỡng về phần trăm công suất tổng, chỉ mục chế độ hiệu quả và diện tích hiệu quả tại đây. Tuy nhiên, H-PCF được đề xuất của chúng tôi phù hợp với người sử dụng như trong các cảm biến hóa học cũng như trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và y tế đa dạng.

Từ khóa

#sợi tinh thể photon #cảm biến hóa học #sóng terahertz #độ nhạy tương đối #tổn thất giam giữ

Tài liệu tham khảo

Kirgz UA, Odaci D, Timur S, Merkoi A, Alegret S, Ben N, Telefoncu AA (2006) A biosensor based on graphite epoxy composite electrode for aspartame and ethanol detection. Anal Chim Acta 570:165–169 Cao Z, Wang Y, Li Z, Yu N (2016) Hydrothermal synthesis of ZnO structures formed by high-aspect-ratio nanowires for acetone detection. Nanoscale Res Lett 11:347. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1563-x Jiang X, Joly NY, Finger MA, Babic F, Wong GK, Travers JC, Russell PSJ (2015) Deep-ultraviolet to mid-infrared supercontinuum generated in solid-core ZBLAN photonic crystal Fibre. Nat Photonics 9(2):133–139 M. H. Mozaffari and A. Farmani (2020) On-chip single-mode optofluidic microresonator dye laser sensor, in IEEE Sensors Journal, vol. 20, no. 7, pp. 3556–3563, 1 April1, 2020, https://doi.org/10.1109/JSEN.2019.2962727 Cordeiro CMB, Franco MAR, Chesini G, Barretto ECS, Lwin R, Cruz CHB, Large MCJ (2006) Microstructure core optical fibre for evanescent sensing applications. Opt Express 14(26):13056–13066 Jepsen PU, Mller U, Merbold H (2007) Investigation of aqueous alcohol and sugar solutions with reectin terahertz time-domain spectroscopy. Opt Exp 15(22):14717–14737 Farmani H, Farmani A, Biglari Z (September 2019) A label-free graphene-based nanosensor using surface plasmon resonance for biomaterials detection. Physica E Low-dimensional Systems and Nanostructures 116:113730. https://doi.org/10.1016/j.physe.2019.113730 Arif MFH, Biddut MJH (2017) Enhancement of relative sensitivity of photonic crystal fiber with high birefringence and low confinement loss. Optik-International Journal for Light and Electron Optics 131:697–704 Asaduzzaman S, Ahmed K, Bhuiyan T, Farah T (2016) Hybrid photonic crystal fiber in chemical sensing. Springer Plus 5(1):748 Yuan W, Khan L, Webb DJ, Kalli K, Rasmussen HK, Stefani A, Bang O (2011) Humidity insensitive TOPAS polymer fiber Bragg grating sensor. Opt. Express 19(20):19731–19739 Arif MFH, Ahmed K, Asaduzzaman S, Azad MAK (2016) Design and optimization of photonic crystal fiber for liquid sensing applications. Photon Sens 6:279–288 Islam MS, Faisal M, Razzak SMA (2017) Extremely low loss porous-core photonic crystal fiber with ultra-flat dispersion in terahertz regime. J Opt Soc Am B 34:1747–1754 Sultana J, Islam MS, Ahmed K, Dinovitser A, Ng BW-H, Abbot D (2018) Terahertz detection of alcohol using a photonic crystal fiber sensor. Appl Opt 57(10):2426–2433 Hasan MR, Islam MA, Rifat AA (2016) A single mode porous-core square lattice photonic crystal fiber for THz wave propagation. J Eur Opt Soc-Rapid Publ 12:15 Sultana J, Islam MS, Atai J, Islam MR, Abbott D (2017) Near-zero dispersion flattened, low-loss porous-core waveguide design for terahertz signal transmission. Opt Eng 56:076114 Bagchi S, Achla R, Mondal SK (2017) Electro spun polyp role polyethylene oxide coated optical ber sensor probe for detection of volatile compounds. Sens Actuators B Chem. 250:52–60 Ahmed K, Morshed M, Asaduzzaman S, Arif MFH (2017) Optimization and enhancement of liquid analyte sensing performance based on square cored octagonal photonic crystal fibre. Opt-Int J Light Electron Opt 131:687–696 Farmani A (2019) Three-dimensional FDTD analysis of a nanostructured plasmonic sensor in the near-infrared range. J Opt Soc Am B 36(401–407):401 Moradiani F, Mohamadi AM, Seifouri M (2020) “High-performance tunable multi-channel graphene-based square ring resonator demultiplexer” optics communications. Volume 475 Ahmed K, Paul BK, Chowdhury S, Sen S, Islam MI, Islam MS, Hasan MR (2017) Asaduzzaman S (2017) design of a single-mode photonic crystal fibre with ultra-low material loss and large effective mode area in THz regime. IET Optoelectron 11:265–271 Hamzavi-Zarghani Z, Yahaghi A, Matekovits L, Farmani A (2019) Tunable mantle cloaking utilizing graphene metasurface for terahertz sensing applications. Opt Express 27:34824–34837 Ademgil H, Haxha S (2015) PCF based sensor with high sensitivity, high birefringence and low confinement losses for liquid analyte sensing applications. Sensors 15(12):31833–31842 Bise RT, Trevor DJ (Mar.2005) Sol-gel derived microstructured fiber: fabrication and characterization, in: optical Fiber communication conference. Anaheim, California United States Ahmed K, Morshed M (Mar. 2016) Design and numerical analysis of microstructured-core octagonal photonic crystal fiber for sensing applications. Sens Bio Sens Res 7:1–6 S. Sen, S. Chowdhury, K. Ahmed, S. Asaduzzaman (2017) Design of a porous cored hexagonal photonic crystal fiber based optical sensor with high relativesensitivity for lower operating wavelength, Photonic Sens. 65 (Springer) El Hamzaoui H, Ouerdane Y, Bigot L, Bouwmans G, Capoen B, Boukenter A, Girard S, Bouazaoui M Sol-gel derived ionic copper-doped micro-structured optical fiber: a potential selective ultraviolet radiation dosimeter. Optics express 20(28):29751–29760 Cordeiro CM, Dos Santos EM, Cruz CB, de Matos CJ, Ferreira DS Lateral access to the holes of photonic crystal fibers–selective filling and sensing applications. Optics Express 14(18):8403–8412 Iraj S. Amiri Bikash Kumar Paul Kawsar Ahmed Arafa H. Aly Rozalina Zakaria Preecha Yupapin Dhasarathan Vigneswaran, “Tri-core photonic crystal fiber based refractive index dual sensor for salinity and temperature detection”, Microwave and Optical Technology Letters, 02 December 2018 Awad MA, Aly AH (15 October 2019) Experimental and theoretical studies of hybrid multifunctional TiO2/TiN/TiO2. Ceramics International 45(15):19036–19043 Shaban SM, Mehaney A, Aly AH (2020) Determination of 1-propanol, ethanol, and methanol concentrations in water based on a one-dimensional phoxonic crystal sensor. Appl Opt 59(3878–3885):3878–3885