Comprehensive field pattern analysis for tailoring of reflectance in a hybrid subwavelength plasmonic grating refractive index sensor and its potential for noninvasive salivary glucose monitoring

表面等离子共振 折射率 材料科学 光学 栅栏 表面等离子体子 分析物 共振(粒子物理) 波长 生物传感器 光电子学 等离子体子 化学 纳米技术 物理 粒子物理学 物理化学 纳米颗粒
作者
Taban Qayoom,Hakim Najeeb-ud-din
出处
期刊:Applied Optics [Optica Publishing Group]
卷期号:61 (32): 9429-9429 被引量:2
标识
DOI:10.1364/ao.474204
摘要

A compact hybrid two-dimensional plasmonic subwavelength grating composed of gold and semiconductor ZnS is proposed. By implementing the finite-difference time-domain numerical technique, detailed field pattern analysis and reflectance characteristics of the grating structure are comprehensively investigated, tailored, and improved. An unfamiliar phenomenon of exponential decrease in resonance wavelength with an increase in groove width is observed, validated, and empirically modeled. This confirms that the reflectance resonance dip is because of the surface plasmon resonance in the grating structure, unlike the resonance dip obtained in the diffraction grating because of the Fabry-Perot resonance. A rigorous sensitivity analysis is performed for both generalized bulk and surface analyte detection. The surface sensitivity is observed to be 100.5 nm/RIU at dip 1 for 10-nm-surface analyte thickness. The bulk sensitivity for dip 1 and dip 2 was 104.3 nm/RIU and 800 nm/RIU, respectively. The refractive index range variation of dip 1 for the surface analyte is correlated with the refractive index of the blood by using the linear refractive index model and Gladstone-Dale law for blood. A linear regression analysis correlating blood glucose and salivary glucose with a surface analyte is used. The proposed sensor is observed to be promising for noninvasive salivary glucose monitoring with high surface sensitivity of 1.104 nm/mg/dl with a compact footprint of about 0.5µm×0.2µm in x-z dimensions.
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