Design of nonlinear metastructure for temperature detection and biosensing based on second harmonic generation in theory

生物传感器 非线性系统 材料科学 二次谐波产生 谐波 纳米技术 声学 光学 物理 量子力学 激光器
作者
Cheng Yang,Yu-Xin Wei,Heng-Jing Liu,Xiang Li,Haifeng Zhang
出处
期刊:Journal of Materials Chemistry B [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5tb00794a
摘要

When the second harmonic generation (SHG) occurs in temperature-controlled ferroelectric crystals, it serves as an effective method for detecting temperature and changes in the refractive index (RI). A one-dimensional nonlinear metastructure (NM) composed of periodically poled lithium niobate crystals is designed precisely to exhibit significant SHG enhancement in the visible to near-infrared spectral range. When a tunable fundamental electromagnetic wave is incident at a frequency (f) near 241.067 THz, the NM achieves frequency conversion and enables wide-range temperature detection (25-105 °C) at the second harmonic wave (SHW) scale 2f with a sensitivity of S = 0.32% per °C. By altering the filling material of the sample layer, it is possible to distinguish between three types of healthy or cancerous liver tissues using RI biosensing with a fundamental wave around 273 THz. The sensing range is from 1.3463 to 1.3655, with an S value of 14.75 THz per RIU. The proposed NM integrates the SHW effect with optical detection and sensing, offering new insights for SHW applications and biomedical fields.
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