Vedené vlny v periodických strukturách a jejich senzorové aplikace

Abstract

This work is introduced by the description of fundamental properties of surface plasmons, propagating along the metal-dielectric interface and along the structure with thin metal film surrounded by the dielectrics with identical refractive indices. It is shown, that the excitation of two coupled modes (long-range surface plasmon - LRSP and short-range surface plasmon - SRSP) on symmetrical structure with a thin metal film is possible. Further, a brief overview of surface plasmons applications in optical sensors is presented. The diffractive multi-layer structure supporting LRSP and SRSP modes, which consists of the thin gold film surrounded by the dielectrics with slightly different refractive indices is designed. The diffractive structure is optimized using rigorous integral method for an application in SPR sensor. Diffractive structures with optimal parameters are prepared and characterized optically and using atomic force microscopy. In the end, an application of developed diffractive structure in SPR sensor with wavelength modulation is demonstrated.

Práce je uvedena popisem základních vlastností povrchových plazmonů šířících se podél rozhraní kov-dielektrikum a podél struktury s tenkým kovovým filmem obklopeným z obou stran dielektriky se shodným indexem lomu. Je ukázáno, že na symetrické struktuře s tenkou vrstvou kovu lze vybudit dva typy vidů vázáných povrchových plazmonů - long-range povrchový plazmon a short-range povrchový plazmon. Dále je poskytnuta stručná rešerše věnována použití těchto typů povrchových plazmonů v optických senzorech. Je navržena difraktivní vrstevnatá struktura, ve které se vázané vidy povrchových plazmonů excitují na struktuře tvořené tenkým zlatým filmem obklopeným dielektriky s podobnými indexy lomu. S použitím rigorózní integrální metody je difraktivní struktura optimalizována pro aplikaci v senzoru s povrchovými plazmony. Difraktivních struktury s optimálními parametry jsou připraveny a charakterizovány opticky a s použitím mikroskopu atomových sil. V závěru je demonstrována aplikace připravených difraktivních struktur v senzoru s povrchovými plazmony a modulací vlnové délky.