UA148155U - METHOD OF RESONANCE REGISTRATION IN PLASMON-POLYARITON PHOTODETECTORS - Google Patents
METHOD OF RESONANCE REGISTRATION IN PLASMON-POLYARITON PHOTODETECTORS Download PDFInfo
- Publication number
- UA148155U UA148155U UAU202007941U UAU202007941U UA148155U UA 148155 U UA148155 U UA 148155U UA U202007941 U UAU202007941 U UA U202007941U UA U202007941 U UAU202007941 U UA U202007941U UA 148155 U UA148155 U UA 148155U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- ppfd
- plasmon
- resonance
- polariton
- analog
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004347 surface barrier Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Спосіб реєстрації резонансу в плазмон-поляритонних фотодетекторах (ППФД) полягає у вимірюванні спектральної або кутової залежності фотоструму в околиці плазмон-поляритонного резонансу та його нормуванні (діленні) на інтенсивність освітлення ППФД з допомогою мікроконтролера, що містить аналогово-цифровий перетворювач, або іншого аналогового чи цифрового пристрою з опорним каналом. Для вимірювання інтенсивності освітлення ППФД використовується світло, відбите від поверхні ППФД.The method of recording resonance in plasmon-polariton photodetectors (PPFD) is to measure the spectral or angular dependence of the photocurrent in the vicinity of plasmon-polariton resonance and its normalization (division) on the light intensity of PPFD using a microcontroller containing an analog or other converter digital device with a reference channel. To reflect the light intensity of PPFD, light reflected from the surface of PPFD is used.
Description
Корисна модель належить до методів реєстрації плазмон-поляритонного резонансу (ППР) в оптоелектронних пристроях, побудованих на основі явища збудження поверхневої плазмон- поляритонної хвилі (ППХ). Запропонований спосіб детектуваня резонансу може знайти застосування при побудові сенсорів на основі плазмон-поляритонних фотодетекторів (ППФД) для промисловості, медицини, охорони навколишнього середовища.The useful model belongs to the methods of recording plasmon-polariton resonance (PPR) in optoelectronic devices built on the basis of the phenomenon of surface plasmon-polariton wave (SPR) excitation. The proposed method of detecting resonance can be used in the construction of sensors based on plasmon-polariton photodetectors (PPFD) for industry, medicine, and environmental protection.
Найближчим аналогом корисної моделі є спосіб детектування резонансу в поляризаційно- чутливих ППФД на основі бар'єра Шотткі (патент США Мо 103379, 501М 21/55), який складається з поверхнево-бар'єрної гетеростуктури, а саме напівпровідникової підкладки, на яку нанесено шар металу, що має періодично-профільовану межу поділу метал/повітря у вигляді дифракційної гратки, який відрізняється тим, що напівпровідникова підкладка є плоскою, а для формування періодично- профільованого рельєфу на межі поділу метал/повітря використовується багатошарова структура на основі шару металу та нанодротів халькогенідного напівпровідника, яка має антикорельований рельєф, коли профілі інтерфейсів метал/напівпровідник та метал/повітря зсунуті на половину періоду, тому її товщина є періодичною функцією планарної координати з періодом, що дорівнює періоду дифракційної гратки. За допомогою ППФД у видимому спектральному діапазоні (0,5-0,8 мкм) досягається підвищення чутливості детектування параметрів оточення при збереженні простоти конструкції, невеликих габаритах та малих матеріальних і енергетичних затратах, який, крім того, об'єднує в одному елементі як збудження ППП, так і реєстрацію вихідного сигналу.The closest analogue of a useful model is the method of detecting resonance in polarization-sensitive PPFDs based on the Schottky barrier (US patent Mo 103379, 501М 21/55), which consists of a surface-barrier heterostructure, namely a semiconductor substrate on which a layer is applied of a metal with a periodically profiled metal/air interface in the form of a diffraction grating, which is characterized by the fact that the semiconductor substrate is flat, and a multilayer structure based on a metal layer and chalcogenide nanowires is used to form a periodically profiled topography at the metal/air interface semiconductor, which has an anticorrelated topography when the profiles of the metal/semiconductor and metal/air interfaces are shifted by half a period, so its thickness is a periodic function of the planar coordinate with a period equal to the period of the diffraction grating. With the help of PPFD in the visible spectral range (0.5-0.8 μm), an increase in the sensitivity of detection of environmental parameters is achieved while maintaining the simplicity of the design, small dimensions and low material and energy costs, which, in addition, combines in one element as an excitation PPP, as well as registration of the output signal.
При цьому ППФД вимірює фотострум, який нормується на величину інтенсивності падаючого світла, виміряну незалежним каліброваним фотодетектором. Це стандартна схема вимірювання фоточутливості будь-яких фотодетекторів.At the same time, the PPFD measures the photocurrent, which is normalized to the value of the incident light intensity measured by an independent calibrated photodetector. This is a standard scheme for measuring the photosensitivity of any photodetectors.
До переваг такої схеми можна віднести простоту і надійність. До недоліків можна віднести спосіб організації вимірювань, коли перед тим, як виміряти сигнал з ППФД, на те саме місце і в той самий канал треба помістити калібрований фотодетектор. Тобто, виміри рознесені в часі, за який інтенсивність випромінювання від джерела може змінитись. Отже, буде внесена похибка у виміри, що накладає, зокрема, особливі вимоги на стабільність джерела живлення освітлювача.The advantages of such a scheme include simplicity and reliability. The disadvantages include the method of organization of measurements, when before measuring the signal from the PPFD, a calibrated photodetector must be placed in the same place and in the same channel. That is, the measurements are spaced in time, during which the intensity of radiation from the source can change. Therefore, an error will be introduced into the measurements, which imposes, in particular, special requirements on the stability of the power source of the illuminator.
Це стосувалось випадку одноканальної схеми вимірювань.This applied to the case of a single-channel measurement scheme.
У випадку двоканальної схеми, де виміри будуть одночасними, потрібна технічна організація 0) другого каналу, з діленням пучка від освітлювача, що ускладнює і здорожує схему вимірів.In the case of a two-channel scheme, where the measurements will be simultaneous, a technical organization 0) of the second channel is required, with beam splitting from the illuminator, which complicates and makes the measurement scheme more expensive.
Таким чином, виникає потреба в спрощенні способу реєстрації сигналу з ППФД, одночасному вимірюванні сигналу від ППФД та каліброваного фотодетектора для вимірювання інтенсивності освітлення, що падає на ППФД. При цьому не бажано ускладнювати схему організацією додаткового каналу з діленням пучка світла.Thus, there is a need for a simplified method of recording the signal from the PPFD, simultaneous measurement of the signal from the PPFD and a calibrated photodetector for measuring the intensity of illumination falling on the PPFD. At the same time, it is not desirable to complicate the scheme by organizing an additional channel with splitting the light beam.
Поставлена задача вирішується у способі ППФД, що полягає у вимірі спектральної або кутової залежності фотоструму в околі плазмон-поляритонного резонансу та його нормуванні (діленні) на інтенсивність освітлення плазмон-поляритонних фотодетекторів з допомогою мікроконтролера, що містить аналогово-дифровий перетворювач, або іншого аналогового чи цифрового пристрою з опорним каналом, згідно з корисною моделлю, для вимірювання інтенсивності освітлення ППФД використовує світло, відбите від поверхні ППФД, а не світло (або його частину) безпосередньо від освітлювача. При цьому опорний сигнал освітлення ППФД подається на опорний канал аналогово-цифрового перетворювача мікроконтролера або іншого аналогового чи цифрового пристрою для обробки сигналу. Аналогово-дифровий перетворювач здійснює процес ділення сигналу фотоструму від ППФД на сигнал фотоструму опорного фотодетектора і видає цифровий код для обробки в мікроконтролері. Результат ділення інтенсивності сигналу фотоструму на опорний сигнал збільшується як внаслідок збільшення фотоструму в умовах збудження плазмон-поляритонного резонансу, так і внаслідок зменшення опорного сигналу інтенсивності відбитого світла від поверхні ППФД в умовах плазмон- поляритонного резонансу. Результат такого методу вимірювання резонансу пропорційний квадрату інтенсивності величини резонансу при вимірюванні в стандартних умовах, коли опорна інтенсивність світла отримується безпосередньо від освітлювача ППФД. Це значно підсилює інтенсивність сигналу в резонансі при зменшенні його півширини, що є важливим при використанні таких ППФД як основи для побудови сенсорів різноманітного призначення.The task is solved by the PPFD method, which consists in measuring the spectral or angular dependence of the photocurrent in the vicinity of the plasmon-polariton resonance and its normalization (division) by the intensity of illumination of the plasmon-polariton photodetectors with the help of a microcontroller containing an analog-to-digital converter, or other analog or digital device with a reference channel, according to a useful model, to measure the illumination intensity of the PPFD uses light reflected from the surface of the PPFD, and not the light (or part thereof) directly from the illuminator. At the same time, the reference signal of the PPFD illumination is fed to the reference channel of the analog-to-digital converter of the microcontroller or other analog or digital device for signal processing. The analog-to-digital converter divides the photocurrent signal from the PPFD into the photocurrent signal of the reference photodetector and outputs a digital code for processing in the microcontroller. The result of dividing the intensity of the photocurrent signal by the reference signal increases as a result of an increase in the photocurrent under conditions of excitation of plasmon-polariton resonance, and as a result of a decrease in the reference signal of the intensity of light reflected from the PPFD surface under conditions of plasmon-polariton resonance. The result of this resonance measurement method is proportional to the square of the intensity of the resonance value when measured under standard conditions, when the reference light intensity is obtained directly from the PPFD illuminator. This significantly increases the intensity of the signal in resonance while reducing its half-width, which is important when using such PPFDs as the basis for building sensors for various purposes.
Фі. 1 - демонструє схематичне зображення схеми реєстрації плазмон-поляритонного резонансу, в якому застосовується джерело лазерного випромінювання (1), яке спрямоване (2) на поверхню плазмон-поляритонної структури (3), яка є плазмон-поляритонним фотодетектором (4), і звичайний фотодетектор (5), який приймає відбите випромінювання від плазмон-поляритонного фотодетектора.Fi. 1 - shows a schematic representation of a plasmon-polariton resonance recording scheme, in which a laser radiation source (1) is used, which is directed (2) to the surface of a plasmon-polariton structure (3), which is a plasmon-polariton photodetector (4), and a conventional photodetector (5), which receives reflected radiation from a plasmon-polariton photodetector.
Фіг. 2 - спектральні залежності фотоструму (сигналу) від поглинутого випромінювання опорного фотодетектора (крива 6), плазмон-поляритонного фотодетектора в р- (крива 7) та 5- поляризації (крива 8, за умови відсутності резонансу).Fig. 2 - spectral dependences of the photocurrent (signal) on the absorbed radiation of the reference photodetector (curve 6), the plasmon-polariton photodetector in p- (curve 7) and 5- polarization (curve 8, provided there is no resonance).
Фіг. З - спектральні залежності фотоструму (сигналу) від плазмон-поляритонного фотодетектора в р-поляризації (крива 7) (вихідний сигнал), результуючий фотострум (крива 9), який отримано діленням сигналу р-поляризації (крива 7) на сигнал від опорного фотодетектора (фіг. 2, крива 6) та результуючий фотострум (крива 10), який є результатом масштабування сигналу р-поляризації (крива 7) (відносний коефіцієнт 1.8), що зроблено для зручності порівняння кривих між собою. Інтенсивність зросла в 1.8 разів, а півширина зменшилась зі 120 нм до 90 нм (в 1.33 рази).Fig. C - spectral dependences of the photocurrent (signal) from the plasmon-polariton photodetector in p-polarization (curve 7) (output signal), the resulting photocurrent (curve 9), which is obtained by dividing the p-polarization signal (curve 7) by the signal from the reference photodetector ( Fig. 2, curve 6) and the resulting photocurrent (curve 10), which is the result of scaling the p-polarization signal (curve 7) (relative factor 1.8), which is done for the convenience of comparing the curves with each other. The intensity increased by 1.8 times, and the half-width decreased from 120 nm to 90 nm (by 1.33 times).
Фіг. 4 - приклад електричної принципової схеми реєструючого пристрою, яка включає в себе звичайний фотодетектор 01, плазмон-поляритонний фотодетектор 02, резистори зворотнього зв'язку КІ і К2 з операційними підсилювачами і мікропроцесор АТМЕСАВ8.Fig. 4 - an example of the electrical schematic diagram of the recording device, which includes a conventional photodetector 01, a plasmon-polariton photodetector 02, feedback resistors КИ and К2 with operational amplifiers and an ATMESAV8 microprocessor.
У корисній моделі застосовано плазмон-поляритонний фотодетектор Фіг. 1. (4), у якому збудження плазмон-поляритонного резонансу залежить від характеристик бар'єрної фоточутливої структури (3), від кута падіння лазерного випромінювання і від його довжини хвилі. Останні два параметри нормуються для забезпечення правильної роботи пристрою детектування. Фотодетектори (4-5) підключені до мікропроцесора, в якому здійснюється оцифровування і ділення отриманих інтенсивностей сигналів з фотодекторів, за рахунок чого зникає залежність від стабільності рівня освітлення ППФД. Значне зростання детектуючої здатності відбувається при плазмон-поляритонному резонансі структури (3), при якому зменшується відбивання від поверхні і збільшується проникнення і поглинання випромінювання в ній. В результаті, сигнал з опорного каналу значно зменшується за рахунок зменшення інтенсивності падаючого випромінювання на фотодетекторі (5), сигнал з фотодетектора (4) значно збільшується, а за рахунок обчислювальних перетворень в мікропроцесорі, в якому відбувається ділення вхідного сигналу фотодетектора (4) на опорний сигнал фотодетектора (5), реєструча здатність зростає в рази, що і характеризує високу чутливість способу детектування за допомогою реєстрації плазмон-поляритонного резонансу на плазмон-поляритонному фотодетекторі.A useful model uses a plasmon-polariton photodetector of Fig. 1. (4), in which the excitation of plasmon-polariton resonance depends on the characteristics of the barrier photosensitive structure (3), on the angle of incidence of laser radiation and on its wavelength. The last two parameters are normalized to ensure the correct operation of the detection device. The photodetectors (4-5) are connected to a microprocessor, which digitizes and divides the received signal intensities from the photodetectors, due to which the dependence on the stability of the PPFD illumination level disappears. A significant increase in the detection ability occurs at the plasmon-polariton resonance of structure (3), in which the reflection from the surface decreases and the penetration and absorption of radiation in it increases. As a result, the signal from the reference channel is significantly reduced due to a decrease in the intensity of the incident radiation on the photodetector (5), the signal from the photodetector (4) is significantly increased, and due to computational transformations in the microprocessor, in which the input signal of the photodetector (4) is divided into the reference the signal of the photodetector (5), the recording capacity increases several times, which characterizes the high sensitivity of the detection method using the registration of plasmon-polariton resonance on the plasmon-polariton photodetector.
Зо Позитивний ефект запропонованої корисної моделі полягає у збільшенні чутливості детектування за рахунок реєстрації плазмон-поляритонного резонансу на плазмон- поляритонному фотодетекторі.The positive effect of the proposed useful model consists in increasing the sensitivity of detection due to the registration of plasmon-polariton resonance on the plasmon-polariton photodetector.
Джерела інформації: 1. Пат. 103379 Україна, МПК (2006) С01М 21/55. Поляризаційно-чутливий плазмон- поляритонний фотодетектор на основі бар'єра Шотткі / М.Л. Дмитрук, С.В. Мамикін, М.В.Sources of information: 1. Pat. 103379 Ukraine, IPC (2006) С01М 21/55. Polarization-sensitive plasmon-polariton photodetector based on the Schottky barrier / M.L. Dmytruk, S.V. Mamikin, M.V.
Соснова, О.В. Коровін, В.І. Минько, 3.І. Казанцева; Заявл. 01.11.2011; Опубл. 10.10.2013, Бюл.Sosnova, O.V. Korovin, V.I. Minko, 3.I. Kazantseva; Application 01.11.2011; Publ. 10.10.2013, Bull.
Мо 19.Mo 19.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU202007941U UA148155U (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | METHOD OF RESONANCE REGISTRATION IN PLASMON-POLYARITON PHOTODETECTORS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU202007941U UA148155U (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | METHOD OF RESONANCE REGISTRATION IN PLASMON-POLYARITON PHOTODETECTORS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA148155U true UA148155U (en) | 2021-07-14 |
Family
ID=76864860
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAU202007941U UA148155U (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | METHOD OF RESONANCE REGISTRATION IN PLASMON-POLYARITON PHOTODETECTORS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA148155U (en) |
-
2020
- 2020-12-11 UA UAU202007941U patent/UA148155U/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7652767B2 (en) | Optical sensor with chemically reactive surface | |
US9423243B1 (en) | Strain sensor and method of measuring strain amount | |
US6100991A (en) | Near normal incidence optical assaying method and system having wavelength and angle sensitivity | |
UA148155U (en) | METHOD OF RESONANCE REGISTRATION IN PLASMON-POLYARITON PHOTODETECTORS | |
CN1021254C (en) | In situ emissivity measuring method | |
CN212111124U (en) | NDIR (non-dispersive infrared radiation) detection water vapor concentration sensor and absolute humidity detector | |
JP2021139917A5 (en) | ||
CN108444397B (en) | Displacement sensor and measuring method thereof | |
JP4882067B2 (en) | Absolute reflectance measuring method and measuring apparatus | |
Kusko | Design of low cost surface plasmon resonance sensor | |
CN1170122C (en) | High-precision double-F-P angular displacement measuring instrument | |
RU57895U1 (en) | OPTOELECTRONIC DEVICE FOR MEASURING ANGULAR VIBRATIONS OF STRUCTURES | |
Ling et al. | Thin film thickness variation measurement using dual LEDs and reflectometric interference spectroscopy model in biosensor | |
CN211121620U (en) | Device for measuring beer standard color filter value | |
RU2335034C1 (en) | Quadrature photo-receiving device | |
TWI716247B (en) | Absorption spectrum shift detection method | |
RU169687U1 (en) | Plasmon-polariton two-resonance sensor | |
CN211206248U (en) | SPR photoelectric detector for thyroid function detection | |
RU80563U1 (en) | OPTOELECTRONIC ANGLES AND VIBRATION SENSOR | |
CN1632454A (en) | High precision two-dimensional narrow angle measuring method | |
DE60219792D1 (en) | GLOSS SENSOR WITH DIRT COMPENSATION DEVICE AND METHOD | |
Zheng et al. | Parallel plate interferometer with a reflecting mirror for measuring angular displacement | |
TW201809630A (en) | Gas detection device and method for detecting gas concentration | |
CN2616888Y (en) | Nano radian resolution ratio angular displacement measuring device | |
Guoliang et al. | Return-path ellipsometry in gas sensing |