تحسين أداء الحساسات الضوئية المعتمدة على الألياف البلورية الفوتونية باستخدام المواد البلازمونية والبنية الحلزونية

الملخص

شهدت تكنولوجيا الألياف الضوئية تطوراﹰ ملحوظاﹰ منذ ظهور الألياف التقليدية المعتمدة على مبدأ الانعكاس الكلي الداخلي، ومع التقدم في علم الفوتونيات ظهرت الألياف البلورية الفوتونية (Photonic Crystal Fibers(PCFs)) كجيل متطور يوفر قدرة عالية على التحكم الدقيق في خصائص الانتشار الضوئي من خلال عدد كبير من البارامترات البنيوية، خاصة التوزيع الهندسي للثقوب الهوائية والمواد الجديدة التي يمكن إضافتها، كما تتميز هذه الألياف بقدرتها العالية على تعزيز التفاعل بين المجال الكهرطيسي والوسط المحيط مما يجعلها مناسبة جداﹰ لتطبيقات الحساسات الضوئية.

وفي هذا البحث قمنا بدراسة وتصميم وتحليل ليف بلوري فوتوني يعتمد توزيعاﹰ حلزونياﹰ للثقوب الهوائية في الغلاف وإضافة المواد البلازمونية (مادتي الذهب والفضة) بهدف استثمار ظاهرة الرنين البلازموني السطحي (Surface Plasmon Resonance(SPR)) ودراسة أثرها على النمط الأساسي المنتشر في الليف وذلك عند استخدامها في تطبيقات الحساسات الضوئية كما نناقش في هذا البحث المبادئ الفيزيائية الأساسية للتصميم المقترح وتأثير التوزيع الهندسي (الحلزوني) ونوع المادة البلازمونية على الخصائص الضوئية. تم في هذا البحث استخدام برنامج (Comsol Multiphysics) المعتمد على طريقة العناصر المنتهية (Finite Element Method(FEM)) وبرنامج Matlab)) لتصميم النموذج المقترح وحساب قرينة الانكسار الفعالة وخسارة الحصر.

أظهرت النتائج تحسناﹰ ملحوظاﹰ في قيم الحساسية للتصميم المقترح نتيجة زيادة اقتران الحقول الكهرطيسية مما يؤكد فعالية التصميم في تطبيقات الاستشعار عالي الدقة فقد وصلت الحساسية الطيفية إلى  5000 nm/RIU.