بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله یک حسگر زیستی جدید بر پایه بلورهای نوری یک بعدی حاوی لایه نقص و بازتاب کلی داخلی معرفی شده است. لایهی نقص موجود در این حسگر دارای توزیع ضریب شکست وابسته به مکان است که در انتهای ساختار قرار داده شده است. وجود چنین لایه نقصی منجر به ایجاد حلقههای هم مرکز در توزیع شدت نور بازتابی از ساختار میشود که شعاع آنها حساسیت زیادی به تغییرات ضریب شکست لایهی حاوی آنالیت در انتهای ساختار دارند. با استفاده از روش ماتریس انتقال، حساسیت این حسگر زیستی به ازای هر کدام از این حلقهها محاسبه شده است.
-1 مقدمه
حسگرهای زیستی را میتوان یکی از مهمترین دستاوردهای تکنولوژی به حساب آورد که به سرعت در حال پیشرفت است. این نوع از حسگرها حاصل نتایج مطالعات بنیادی در زمینه های بیولوژی، شیمی، علوم مهندسی و ... میباشند. حسگرهای زیستی انواع مختلفی دارند که هر نوع، ساز و کار خاص خود را دارد. از این میان میتوان به حسگرهای زیستی الکتروشیمیایی [1]، حسگرهای زیستی تشدیدی [2] و حسگرهای زیستی نوری [3] اشاره کرد. حسگرهای نوری به خاطر سادگی و توانایی فوق العاده در تشخیص زود هنگام بیماریهایی نظیر آلزایمر و انواع سرطانها نظر محققان را به خود جلب کرده است.
یکی از انواع حسگرهای نوری، حسگرهای نوری مبتنی بر بلورهای نوری میباشند .[4] بلورهای نوری ساختارهایی تناوبی از مواد دی الکتریک هستند که در یک، دو و یسها بُعد آرایش یافته اند. ساختار بلورهای نوری به گونهای است که امواج الکترومغناطیسی تکفام با فرکانسهای معینی نمیتوانند در آنها انتشار یابند و نوار توقف نوری به وجود میآید. نوار توقف نوری یک ناحیه فرکانسی غیرمجاز برای انتشار مدهای الکترومغناطیسی میباشد که به عنوان ویژگی اساسی بلورهای نوری به شمار میآید .[5]
با ایجاد لایههای نقص در داخل ساختار بلورهای نوری میتوان مدهای عبوری در داخل نوار توقف نوری ایجاد کرد و باعث تشدید میدان در طول موج مربوط به این مدهای عبوری شد. در این مقاله با استفاده از بازتاب داخلی کلی یک ساختار جدیدی پیشنهاد شده است که حاوی یک لایه نقص است که توزیع ضریب شکست شعاعی دارد. مزیت اساسی این حسگر نسبت به سایر حسگرهای نوری این است که لایهی نقص با توزیع ضریب شکست وابسته به مکان، امکان محاسبه مقدار بهینه ضریب شکست لایه نقص برای بدست آوردن حساسیت بیشینه را فراهم میکند .
وجود نقص در ساختار منجر به ایجاد مد نقص وابسته به مکان در میان نوار توقف نوری شده است. با انتخاب طول موج 632/8 نانو متر که در محدودهی نوار توقف فوتونی و مد نقص قرار دارد و تابش باریکهی نور لیزر با طول موج مذکور به ساختار تحت زاویهای که بازتابش داخلی کلی صورت پذیرد، شاهد ایجاد توزیع شدت در باریکهی بازتابی از ساختار خواهیم بود که وابستگی مستقیم به تابع توزیع ضریب شکست لایهی نقص دارد.
وجود لایهی نقصی با ضریب شکست معرفی شده در این مقاله منجر به ایجاد حلقههای هم مرکز در توزیع شدت نور بازتابی از ساختار میشود که در شکل 4 نشان داده شده است. شعاع حلقههای هم مرکز ایجاد شده در نور بازتابی از ساختار وابستگی فراوانی به ضریب شکست آنالیت دارد. از این رو، تغییرات ضریب شکست این لایه میتواند با محاسبهی تغییرات شعاع حلقههای نور در باریکهی بازتابی از ساختار شناسایی شود.
