Surface plasmons in optical microstructures and their sensor applications

Abstract

Název práce: Povrchové plasmony v optických mikrostrukturách a jejich senzorové aplikace Autor: Pavel Adam Ústav: Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i., Oddělení optických senzorů Vedoucí doktorské práce: doc. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc. Abstrakt: Práce se zabývá studiem senzorů s povrchovými plazmony (SPR senzory), které umožňují využít techniku multiplexování v oboru vlnových délek (WDM), tj. současně excitovat několik různých povrchových plasmonů (SP). Tyto senzory používají mřížkový vazební člen, který excituje buď běžné nebo Braggovsky rozštěpené SP. Problematika SP na difrakčních mřížkách je studována analyticky a srovnána s numerickými metodami (diferenciální a integrální). Poté je studována metoda WDM dvou a tří SP. WDM senzory se dvěma SP jsou analyzovány s ohledem na rozlišení, šum a přeslechy odezev senzoru. Výsledky analýz slouží k optimalizaci senzorů se dvěma SP s ohledem na schopnost separace odezvy senzoru na povrchovou a objemovou změnu indexu lomu. V rámci dizertační práce byly připraveny difrakční mřížky (metodou interferenční holografie) a jejich repliky (metodou měkké litografie), které byly následně charakterizovány a využity pro konstrukci nových typů SPR senzorů. Schopnosti WDM SPR senzorů byly demonstrovány v modelovém experimentu, v kterém byl sledován růst vrstev proteinů. V...

Title: Surface plasmons in optical microstructures and their sensor applications Author: Pavel Adam Institute: Institute of Photonics and Electronics AS CR, v.v.i., Department of Optical Sensors Supervisor of the doctoral thesis: doc. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc. Abstract: This work is focused on the study of surface plasmon resonance (SPR) sensor platforms based on wavelength division multiplexing (WDM) of multiple surface plasmons (SPs). These sensors are based on advanced diffraction gratings supporting either conventional or Bragg-scattered SPs, which are simultaneously excited at different wavelengths. These SPs are studied both analytically and numerically using rigorous coupled-wave analysis and an integral approach. WDM of two and three SPs is presented and followed by the method for the analysis of the resolution, noise and cross-sensitivity. This method is employed to analyze the ability of different SPR sensor platforms (supporting WDM of two SPs) to discriminate refractive index (RI) changes in a thin layer at the sensor surface from background RI changes. The WDM SPR sensors based on advanced diffraction gratings prepared by interferometric holography are developed and tested in a model biosensing experiment consisting of the layer-by-layer growth of protein multilayers. The linear WDM of two...