Published January 1, 2024 | Version v1
Publication Open

Ultrahigh refractive index sensitivity with lossy mode resonance in a side-polished low-index polymer optical fiber

Creators

  • 1. Universidade Federal do Rio de Janeiro
  • 2. Universidad Publica de Navarra

Description

This work presents a theoretical-experimental study of a refractive index (RI) sensor based on lossy mode resonances (LMR) generated with a side-polished low-index polymer optical fiber. The theoretical part involves conducting simulations to determine the optimal coating thickness for achieving the first (1 st ) and second (2 nd ) LMR, as well as to determine their respective sensitivities. In the experimental part, a cyclic transparent fluoropolymer (CYTOP) optical fiber is used, which is first polished and then coated with tin oxide (SnO 2 ) thin-film to obtain the LMR. The simulated and experimental results exhibit a high level of agreement. In the visible light spectrum region, the sensitivities for the 1 st LMR are respectively 11,300 nm/ refractive index unit (RIU) and 15,973 nm/RIU within the RI range of 1.333 to 1.345. Similarly, for the 2 nd LMR, the sensitivities are respectively 520 nm/RIU and 467 nm/RIU within the same RI range. Furthermore, experiments conducted in the near-infrared light spectrum region show a record sensitivity of 57,200 nm/RIU, while the 2nd LMR exhibits a sensitivity of over 5,000 nm/RIU within the RI range of 1.340 to 1.345. These results underscore the potential of utilizing CYTOP fiber in various applications requiring the detection in liquid samples, such as biosensors or chemical sensors.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يقدم هذا العمل دراسة نظرية وتجريبية لمستشعر معامل الانكسار (RI) بناءً على رنين الوضع الضائع (LMR) المتولد بألياف بصرية بوليمرية منخفضة المؤشر مصقولة جانبيًا. يتضمن الجزء النظري إجراء عمليات محاكاة لتحديد سمك الطلاء الأمثل لتحقيق معدل الرنين المغناطيسي الكبير الأول والثاني، وكذلك لتحديد حساسيات كل منهما. في الجزء التجريبي، يتم استخدام الألياف الضوئية الفلورية الشفافة الدورية (CYTOP)، والتي يتم صقلها أولاً ثم تغليفها بغشاء رقيق من أكسيد القصدير (SNO 2) للحصول على LMR. تُظهر النتائج المحاكاة والتجريبية مستوى عالٍ من الاتفاق. في منطقة طيف الضوء المرئي، تكون الحساسيات للرنين المغناطيسي المحلي الأول على التوالي 11,300 نانومتر/وحدة معامل الانكسار (RIU) و 15,973 نانومتر/وحدة قياس الانكسار ضمن نطاق RI من 1.333 إلى 1.345. وبالمثل، بالنسبة للرنين المغناطيسي المحلي الثاني، تكون الحساسيات على التوالي 520 نانومتر/ريو و 467 نانومتر/ريو ضمن نفس نطاق الرنين المغناطيسي. علاوة على ذلك، تُظهر التجارب التي أجريت في منطقة طيف الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء حساسية قياسية تبلغ 57,200 نانومتر/وحدة معالجة الأشعة، في حين يُظهر معدل الرنين المغناطيسي المحوسب الثاني حساسية تزيد عن 5,000 نانومتر/وحدة معالجة الأشعة ضمن نطاق الأشعة تحت الحمراء من 1.340 إلى 1.345. تؤكد هذه النتائج على إمكانية استخدام ألياف سيتوب في تطبيقات مختلفة تتطلب الكشف في عينات سائلة، مثل المستشعرات الحيوية أو المستشعرات الكيميائية.

Translated Description (French)

Ce travail présente une étude théorique-expérimentale d'un capteur d'indice de réfraction (IR) basé sur des résonances à mode de perte (LMR) générées avec une fibre optique polymère à faible indice polie latéralement. La partie théorique consiste à effectuer des simulations pour déterminer l'épaisseur optimale du revêtement pour atteindre le premier (1 er) et le deuxième (2 ème) LMR, ainsi que pour déterminer leurs sensibilités respectives. Dans la partie expérimentale, une fibre optique de fluoropolymère transparent cyclique (CYTOP) est utilisée, qui est d'abord polie puis revêtue d'un film mince d'oxyde d'étain (SnO 2) pour obtenir le LMR. Les résultats simulés et expérimentaux montrent un haut niveau de concordance. Dans la région du spectre de la lumière visible, les sensibilités pour la 1 ère LMR sont respectivement de 11 300 nm/unité d'indice de réfraction (RIU) et de 15 973 nm/RIU dans la plage RI de 1,333 à 1,345. De même, pour la 2 ème LMR, les sensibilités sont respectivement de 520 nm/RIU et 467 nm/RIU dans la même gamme RI. En outre, les expériences menées dans la région du spectre de la lumière dans le proche infrarouge montrent une sensibilité record de 57 200 nm/RIU, tandis que la 2ème LMR présente une sensibilité supérieure à 5 000 nm/RIU dans la plage RI de 1,340 à 1,345. Ces résultats soulignent le potentiel de l'utilisation de la fibre CYTOP dans diverses applications nécessitant la détection dans des échantillons liquides, tels que des biocapteurs ou des capteurs chimiques.

Translated Description (Spanish)

Este trabajo presenta un estudio teórico-experimental de un sensor de índice de refracción (IR) basado en resonancias de modo con pérdida (LMR) generadas con una fibra óptica polimérica de bajo índice pulida lateralmente. La parte teórica implica la realización de simulaciones para determinar el espesor de recubrimiento óptimo para lograr el primer (1 er) y segundo (2 o) LMR, así como para determinar sus respectivas sensibilidades. En la parte experimental, se utiliza una fibra óptica de fluoropolímero transparente cíclico (CYTOP), que primero se pule y luego se recubre con una película delgada de óxido de estaño (SnO 2) para obtener el LMR. Los resultados simulados y experimentales muestran un alto nivel de concordancia. En la región del espectro de luz visible, las sensibilidades para el 1 er LMR son respectivamente 11,300 nm/unidad de índice de refracción (RIU) y 15,973 nm/RIU dentro del rango de RI de 1.333 a 1.345. De manera similar, para el 2 o LMR, las sensibilidades son respectivamente 520 nm/RIU y 467 nm/RIU dentro del mismo rango de RI. Además, los experimentos realizados en la región del espectro de luz del infrarrojo cercano muestran una sensibilidad récord de 57,200 nm/RIU, mientras que el segundo LMR exhibe una sensibilidad de más de 5,000 nm/RIU dentro del rango de RI de 1.340 a 1.345. Estos resultados subrayan el potencial de utilizar fibra CYTOP en diversas aplicaciones que requieren la detección en muestras líquidas, como biosensores o sensores químicos.

Files

10339381.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:90fbfb9ad11e82a2a12be511dc68387e
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
حساسية فائقة لمؤشر الانكسار مع رنين في الوضع الضائع في ألياف بصرية بوليمرية منخفضة المؤشر مصقولة جانبيًا
Translated title (French)
Sensibilité à l'indice de réfraction ultra-élevée avec résonance en mode avec perte dans une fibre optique polymère à faible indice polie latéralement
Translated title (Spanish)
Sensibilidad de índice de refracción ultra alto con resonancia de modo con pérdida en una fibra óptica de polímero de bajo índice pulida lateralmente

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389252387
DOI
10.1109/tim.2023.3338653

Is supplement to
https://openalex.org/W4297492740 (Other)
https://openalex.org/W4224903346 (Other)
https://openalex.org/W3193665957 (Other)
https://openalex.org/W2384194537 (Other)
https://openalex.org/W2378757965 (Other)
https://openalex.org/W2372869593 (Other)
https://openalex.org/W2088343851 (Other)
https://openalex.org/W2061199333 (Other)
https://openalex.org/W2031011156 (Other)
https://openalex.org/W1593262897 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1963764487
  • https://openalex.org/W1997360547
  • https://openalex.org/W2110675770
  • https://openalex.org/W2112432136
  • https://openalex.org/W2138264520
  • https://openalex.org/W2161483977
  • https://openalex.org/W2162610362
  • https://openalex.org/W2508128830
  • https://openalex.org/W2510826848
  • https://openalex.org/W2785799494
  • https://openalex.org/W2787510909
  • https://openalex.org/W2903193770
  • https://openalex.org/W2921006242
  • https://openalex.org/W2921209041
  • https://openalex.org/W2926165575
  • https://openalex.org/W2939004864
  • https://openalex.org/W2977139571
  • https://openalex.org/W2981324060
  • https://openalex.org/W3014395425
  • https://openalex.org/W3022099220
  • https://openalex.org/W3128643721
  • https://openalex.org/W3153358363
  • https://openalex.org/W3159231437
  • https://openalex.org/W3164826034
  • https://openalex.org/W3212366765
  • https://openalex.org/W4200506783
  • https://openalex.org/W4205407213
  • https://openalex.org/W4206454522
  • https://openalex.org/W4226310031
  • https://openalex.org/W4229032836
  • https://openalex.org/W4285726622
  • https://openalex.org/W4285802442
  • https://openalex.org/W4288433597
  • https://openalex.org/W4291111039
  • https://openalex.org/W4303685510
  • https://openalex.org/W4307573952
  • https://openalex.org/W4308577343
  • https://openalex.org/W4318767395
  • https://openalex.org/W4319723099
  • https://openalex.org/W4321021959