Photonic structures for optical sensors

Michal Gryga

Disertační práce

Anotace:

Tato disertační práce se zabývá numerickými simulaci optické odezvy multi-vrstevnatých fotonických struktur – tzv. jedno dimenzionálních fotonických krystalů, tedy struktur, u nichž může docházet k excitaci tzv. Blochových povrchových vln. Důraz je kladen zejména na senzorické vlastnosti těchto struktur, a to s ohledem jak na plynné, tak kapalné analyty. K výpočtům reflexních a transmisních spekter daných senzorů je použito metody přenosových matic. Výsledky numerických simulací jsou následně porovnávány s experimentálními daty. V rámci práce je rovněž navržena metoda založena na principu spektrální interference TE a TM polarizovaných vln. Touto metodou dochází k výraznému navýšení rozlišení daného senzoru. Následné je rovněž provedeno přímé porovnání vlastností senzorů založených na jevu povrchové plazmonové rezonance a rezonance Blochových povrchových vln. V neposlední řadě jsou rovněž zkoumány vlastnosti dutiny tvořené dvěma fotonickými krystaly.

Abstract:

This thesis deals with the numerical simulations of the optical response of multi-layered photonic structures - so called one-dimensional photonic crystals. Such structures support excitation of the Bloch surface waves. Emphasize is placed on the sensor performance of the structures. Both gaseous and liquid analytes are considered. Reflectance and transmittance spectra are calculated using transfer matrix method. Subsequently, the results of computations are compared with experimental ones. Next, a new method based on spectral interference of TE and TM polarized waves is presented. With use of this method, the resolution of the sensor is significantly improved. Direct comparison of sensors based on surface plasmon polaritons and Bloch surface waves is also addressed. Last but not least the properties of the cavity formed by two photonic crystals are investigated too.

Klíčová slova

Blochovy povrchové vlny, senzory, kapalné analyty, plynné analyty, metoda přenosových matic, odrazivost, index lomu, interferenční metoda, navýšení rozlišení, fotonické struktury, vedené vidy, plazmonika

Keywords

Bloch surface waves, sensors, liquid analytes, gaseous analytes, transfer matrix method, reflectance, refractive index, interference method, resolution improvement, photonic structures, guided modes, plasmonics

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 4. 7. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 13. 9. 2022
• Vedoucí: Dalibor Ciprian
• Oponent: Roman Kubínek, Stanislav Hledík, Jiří Petráček

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Univerzitní studijní programy

Doktorský studijní program / obor:
Fyzika / Aplikovaná fyzika