Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích hiệu suất của vật liệu hữu cơ hỗ trợ điều chỉnh động tính kích thích trạng thái Tamm quang học
Tóm tắt
Bài báo trình bày đặc tính kích thích có thể điều chỉnh của trạng thái Tamm quang học (OTS). Việc điều chỉnh có được nhờ việc tích hợp một vật liệu tinh thể hữu cơ chức năng DAST (4-N,N-dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate) với cấu trúc tinh thể quang học một chiều thông thường (1D-PhC). Lớp DAST được đưa vào một cách có chủ ý ở đỉnh của cấu trúc để kích thích một chế độ tương tự plasmon gọi là OTS. Cấu trúc thiết bị được tối ưu hóa kỹ lưỡng để kích thích OTS tại bước sóng hoạt động 632.8 nm. Sự kích thích OTS được phân tích một cách lý thuyết thông qua các phương pháp thăm dò góc, thăm dò bước sóng và thăm dò phân phối điện trường. Phân tích phân tán cho thấy sự kích thích mạnh mẽ của OTS ở giao diện trên khi ánh sáng đa sắc chiếu tới với góc tới 45.11°. Điều này chứng tỏ một sự điều chỉnh bước sóng động 47 nm của chế độ Tamm đã được kích thích sau khi chế tạo bằng cách áp dụng điện áp bias ±5 V. Thêm vào đó, phản ứng của chế độ Tamm rất ổn định, chỉ cần thay đổi góc tới 5.7° để kích thích chế độ Tamm ở bước sóng hoạt động không đổi 632.8 nm cho sự thay đổi điện áp bias tương ứng là ±5 V. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của nó trong các cảm biến quang học ổn định có thể điều chỉnh, bộ lọc động màu sắc và hiển thị, cũng như các thiết bị hình ảnh nhỏ gọn với độ dài tiêu cự ngắn. Sự tích hợp mới mẻ của vật liệu electro-optrical hữu cơ với 1D-PhC sẽ tăng cường khả năng ứng dụng của nó trong các thiết bị quang học có thể điều chỉnh trong tương lai.
Từ khóa
#trạng thái Tamm quang học #vật liệu hữu cơ #kích thích có thể điều chỉnh #cảm biến quang học #bộ lọc màu sắc độngTài liệu tham khảo
Alam, M., Massoud, Y.: RLC ladder model for scattering in single metallic nanoparticles. IEEE Trans. Nanotechnol. (2006). https://doi.org/10.1109/TNANO.2006.880403
Brahmachari, K., Ray, M.: Modelling and performance analysis of a plasmonic biosensor comprising of silicon and chalcogenide materials for detecting refractive index variations of hemoglobin in near infrared. Optik (stuttg). (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2015.12.148
Barvestani, J., Kalafi, M., Vala, A.: Surface optical waves in semi-infinite one-dimensional photonic crystals containing alternating layers of positive and negative media with a cap layer. Acta Physica Polonica A - ACTA PHYS POL a. 112, 1089 (2007). https://doi.org/10.12693/APhysPolA.112.1089
Chikhi, M., Boukabrine, F., Benseddik, N.: High-Sensitivity Tunable Bloch Surface Waves’ Biosensor Using Nanocomposite Cap Layer. Physica Status Solidi (a) Appl. Mater. Sci. (2022). https://doi.org/10.1002/pssa.202100607
Choi, C.J., Belobraydich, A.R., Chan, L.L., Mathias, P.C., Cunningham, B.T.: Comparison of label-free biosensing in microplate, microfluidic, and spot-based affinity capture assays. Anal Biochem. (2010). https://doi.org/10.1016/j.ab.2010.06.009
Das, D., Saini, J., Goyal, A.K., Massoud, Y.: Exponentially index modulated nanophotonic resonator for high-performance sensing applications. Sci. Rep. 13, 1431 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28235-6
Du, K., Barkaoui, H., Zhang, X., Jin, L., Song, Q., Xiao, S.: Optical metasurfaces towards multifunctionality and tunability. Nanophotonics 11(9), 1761–1781 (2022). https://doi.org/10.1515/nanoph-2021-0684
Duan, X., Liu, N.: Magnesium for dynamic nanoplasmonics. Acc. Chem. Res. (2019). https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00157
Dubey, R., Barakat, E., Herzig, H.P.: Bloch Surface Based Platform for Optical Integration. TOM 5—Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics: Fundamentals and Applications, Berlin, Germany (2014)
Dubey, R., Barakat, E., Herzig, H.P.: Bloch surface waves based platform for integrated optics. In: 2015a IEEE Photonics Conference, IPC 2015a (2015a)
Dubey, R., Barakat, E., Herzig, H.P.: Near field investigation of bloch surface based platform for 2D integrated optics. Prague, Czech Republic, PIERS Progress In Electromagnetics Research Symposium (2015b)
Dubey, R., Vosoughi Lahijani, B., Kim, M.-S., Barakat, E., Häyrinen, M., Roussey, M., Kuittinen, M., Herzig, H.P.: Near-field investigation of Bloch surface wave based 2D optical components. In: Integrated Optics: Devices, Materials, and Technologies XXI (2017a)
Dubey, R., Lahijani, B., Häyrinen, M., Roussey, M., Kuittinen, M., Herzig, H.: Ultra-thin Bloch-surface-wave-based reflector at telecommunication wavelength. Photon. Res. 5(5), 494–499 (2017b). https://doi.org/10.1364/PRJ.5.000494.
Dutta, H.S., Goyal, A.K., Pal, S.: Analysis of dispersion diagram for high performance refractive index sensor based on photonic crystal waveguides. Photon. Nanostruct. (2017). https://doi.org/10.1016/j.photonics.2016.11.004
Ebermann, M., Neumann, N., Hiller, K., Seifert, M., Meinig, M., Kurth, S.: Tunable MEMS Fabry-Pérot filters for infrared microspectrometers: a review. In: MOEMS and Miniaturized Systems XV (2016)
Farhadi, P., Rezaei, B.: Tunable terahertz Bloch surface waves in one-dimensional photonic crystals with a Dirac semimetal cap layer. Optik 265, 169538 (2022)
Goyal, A.K., Dutta, H.S., Pal, S.: Design and analysis of photonic crystal micro-cavity based optical sensor platform. In: AIP Conference Proceedings (2016b)
Goyal, A.K., Dutta, H.S., Singh, S., Kaur, M., Husale, S., Pal, S.: Realization of large-scale photonic crystal cavity-based devices. J. Micro/nanolith. MEMS MOEMS 15(3), 031608 (2016b)
Goyal, A.K., Kumar, A., Massoud, Y.: Thermal stability analysis of surface wave assisted bio-photonic sensor. Photonics 9(5), 324 (2022a)
Goyal, A.K., Kumar, A., Massoud, Y.: Performance analysis of DAST material-assisted photonic-crystal-based electrical tunable optical filter. Crystals (Basel). 12, 992 (2022b). https://doi.org/10.3390/cryst12070992
Goyal, A.K., Kumar, A., Massoud, Y.: Analysis of interface mode localization in disordered photonic crystal structure. J. Nanophoton. 16(4), 046007 (2022c). https://doi.org/10.1117/1.JNP.16.046007
Goyal, A.K., Massoud, Y.: Interface edge modes confinement in dielectric based quasi-periodic photonic crystal structure. Photonics 9(10), 676 (2022)
Goyal, A.K., Pal, S.: Design analysis of Bloch surface wave based sensor for haemoglobin concentration measurement. Appl. Nanosci. (switzerland). 10, 3639–3647 (2020). https://doi.org/10.1007/s13204-020-01437-4
Goyal, A.K., Saini, J.: Performance analysis of Bloch surface wave-based sensor using transition metal dichalcogenides. Appl. Nanosci. (switzerland). 10, 4307–4313 (2020). https://doi.org/10.1007/s13204-020-01538-0
Guo, J., Tu, Y., Yang, L., Zhang, R., Wang, L., Wang, B.: Electrically tunable gap surface plasmon-based metasurface for visible light. Sci. Rep. (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-14583-7
Hajian, H., Rezaei, B., Vala, A.S., Kalafi, M.: Tuned switching of surface waves by a liquid crystal cap layer ign one-dimensional photonic crystals. Appl. Opt. (2012). https://doi.org/10.1364/AO.51.002909
Hajian, H., Soltani-Vala, A., Kalafi, M.: Controlled switching of surface waves in 1D photonic crystals by a thin nonlinear cap layer. Opt. Commun. (2010). https://doi.org/10.1016/j.optcom.2010.07.019
Herzig, H.P., Barakat, E., Yu, L., Dubey, R.: Bloch surface waves, a 2D platform for planar optical integration. In: 2014 13th Workshop on Information Optics, WIO 2014 (2014)
Jazbinsek, M., Mutter, L., Günter, P.: Photonic applications with the organic nonlinear optical crystal DAST. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 14 (2008). https://doi.org/10.1109/JSTQE.2008.921407
Jeong, H.D., Lee, S.Y.: Tunable plasmonic absorber using a nano slit array patterned on a Ge2Sb2Te5-inserted Fabry-Perot resonator. J. Light. Technol. 36, 5857–5862 (2018)
Joannopoulos, J.D., Johnson, S.G., Winn, J.N., Meade, R.D.: Photonic crystals: Molding the flow of light (2011)
Meade, R.D., Brommer, K.D., Rappe, A.M., Joannopoulos, J.D.: Electromagnetic Bloch waves at the surface of a photonic crystal. Phys Rev b. (1991). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.44.10961
Meng, Q.Q., Zhao, X., Lin, C.Y., Chen, S.J., Ding, Y.C., Chen, Z.Y.: Figure of merit enhancement of a surface plasmon resonance sensor using a low-refractive-index porous silica film. Sensors (switzerland). (2017). https://doi.org/10.3390/s17081846
Meng, Y., Chen, Y., Lu, L., Ding, Y., Cusano, A., Fan, J.A., Hu, Q., Wang, K., Xie, Z., Liu, Z., Yang, Y., Liu, Q., Gong, M., Xiao, Q., Sun, S., Zhang, M., Yuan, X., Ni, X.: Optical meta-waveguides for integrated photonics and beyond (2021)
Menotti, M., Liscidini, M.: Optical resonators based on Bloch surface waves. J. Opt. Soc. Am. B. (2015). https://doi.org/10.1364/josab.32.000431
Neubrech, F., Duan, X., Liu, N.: Dynamic plasmonic color generation enabled by functional materials. Sci. Adv. (2020). https://doi.org/10.1126/sciadv.abc2709
Ouyang, Q., Zeng, S., Jiang, L., Hong, L., Xu, G., Dinh, X.Q., Qian, J., He, S., Qu, J., Coquet, P., Yong, K.T.: Sensitivity enhancement of transition metal dichalcogenides/silicon nanostructure-based surface plasmon resonance biosensor. Sci Rep. (2016). https://doi.org/10.1038/srep28190
Ratra, K., Singh, M., Goyal, A.K.: Design and analysis of omni-directional solar spectrum reflector using one-dimensional photonic crystal. J. Nanophoton. 14(2), 026005 (2020)
Ratra, K., Singh, M., Goyal, AK., Kaushik, R.: Design and Analysis of Broadband Reflector for Passive Radiative Cooling. 5th International Conference on Signal Processing and Communication (ICSC), 300 (2019).
Robertson, W.M.: Experimental Measurement of the Effect of Termination on Surface Electromagnetic Waves in One-Dimensional Photonic Bandgap Arrays. (1999)
Seitz, W.R.: Chemical sensors based on fiber optics. Anal. Chem. (1984). https://doi.org/10.1021/ac00265a711
Shahabuddin, M., McDowell, T., Bonner, C.E., Noginova, N.: Enhancement of electrochromic polymer switching in plasmonic nanostructured environment. ACS Appl. Nano Mater. (2019). https://doi.org/10.1021/acsanm.9b00147
Sharma, A.K.: Plasmonic biosensor for detection of hemoglobin concentration in human blood: Design considerations. J. Appl. Phys. 114, 1 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4816272
Sharma, M., Hendler, N., Ellenbogen, T.: Electrically switchable color tags based on active liquid-crystal plasmonic metasurface platform. Adv. Opt. Mater. (2020). https://doi.org/10.1002/adom.201901182
Vicario, C., Jazbinsek, M., Ovchinnikov, A.V., Chefonov, O.V., Ashitkov, S.I., Agranat, M.B., Hauri, C.P.: High efficiency THz generation in DSTMS, DAST and OH1 pumped by Cr:forsterite laser. Opt. Express. (2015). https://doi.org/10.1364/oe.23.004573
Wang, Z., Zhou, P., Zheng, G.: Electrically switchable highly efficient epsilon-near-zero metasurfaces absorber with broadband response. Results Phys. (2019). https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102376
Wu, X., Barakat, E., Yu, L., Sun, L., Wang, J., Tan, Q., Herzig, H.P.: Phase-sensitive near field investigation of bloch surface wave propagation in curved waveguides. J. Eur. Opt. Soc. (2014). https://doi.org/10.2971/jeos.2014.14049
Wuttig , M., Bhaskaran, H., Taubner, T.: Phase-change materials for non-volatile photonic applications. (2017)
Yablonovitch, E.: Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics. (1987)
Yu, L.: Near-field Imaging: Investigations on Bloch Surface Wave Based 2D Optics and the Development of Polarization-retrieved characterization. Doctoral dissertation, EPFL (2013).
Yu, L., Barakat, E., Sfez, T., Hvozdara, L., Di Francesco, J., Herzig, H.P.: Manipulating bloch surface waves in 2D: A platform concept-based flat lens. Light Sci Appl. (2014). https://doi.org/10.1038/lsa.2014.5
Zhao, Z.: Sn dopants improve the visible transmittance of VO2 films achieving excellent thermos-chromic performance for smart window. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 209, 110443 (2020)
Zhu, Y.J., Huang, X.G., Mei, X.: A surface plasmon polariton electro-optic switch based on a metal-insulator-metal structure with a strip waveguide and two side-coupled cavities. Chin. Phys. Lett. (2012). https://doi.org/10.1088/0256-307X/29/6/064214