Studentská grantová soutěž - předchozí roky

Optické senzory využívající povrchové plazmonové rezonance, rezonance s Braggovými zrcadly a Tammovy plazmonové rezonance

SP2023/046

Gryga Michal Ing., Ph.D.

01. 01. 2023 - 31. 12. 2023

Předmět výzkumu projektu je v souladu s odborným zaměřením skupiny Optické diagnostiky – Katedry Fyziky FEI. Cíle projektu je možno rozdělit do tří vzájemně se doplňujících směrů, zaměřených na teoretické a experimentální studium optických senzorů využívajících povrchové plazmonové rezonance, rezonance s Braggovými zrcadly a Tammovy plazmonové rezonance: 1) Teoretická a experimentální analýza nových optických senzorů využívajících povrchové plazmonové rezonance v jednoduchých či mřížkových fotonických strukturách, včetně 2D struktur. 2) Teoretická a experimentální analýza nových optických senzorů využívajících rezonance s Braggovými zrcadly, včetně rezonance povrchových Blochových vln, resp. rezonance v systémech dvojice Braggových zrcadel. 3) Teoretická a experimentální analýza nových optických senzorů využívajících Tammovy plazmonové rezonance. V rámci řešení projektu budou studovány nové metody detekce jak plynných, tak kapalných analytů pomocí různých rezonancí, které budou zahrnovat povrchové plazmonové rezonance v jednoduchých či mřížkových fotonických strukturách, včetně 2D struktur, rezonance povrchových Blochových vln (SBWR) buzených pomocí Braggových zrcadel, včetně systémů s dvojicí Braggových zrcadel, resp. Tammových plazmonů (TP). Nejprve bude analyzován velmi citlivý refraktometru využívající jednoduchou planární strukturu zahrnující vrstvu zlata a ochrannou vrstvu oxidu křemíku a detekující změny rezonanční vlnové délky (minimum odrazivosti, resp. maximum derivace fáze) se změnou indexu lomu jak plynného, tak kapalného analytu v Kretschmannově uspořádání. Dále bude analýza rozšířena o 2D strukturu, resp. mřížku a budou určeny jejich optimální parametry pro realizaci senzorů plynných analytů s co největší citlivostí. Řešení projektu se bude dále týkat senzorů využívajích SBWR, kdy pro teoretickou analýzu využijeme znalost odezvové funkce Braggova zrcadla reprezentovaného soustavou mnoha dielektrických vrstev se senzoricky citlivou poslední vrstvou. Navíc bude analýza rozšířena o senzory pracující při kolmém dopadu (bez potřeby vazebního hranolu), tj. senzory s dvojicí Braggových zrcadel. Mezi senzory pracující při kolmém dopadu zahrneme senzory využívající TP (jedno Braggovo zrcadlo s vrstvou zlata). Funkčnost všech senzorů bude experimentálně ověřena pro vhodné plynné analyty (vzduch různé relativní vlhkosti, atd.), resp. kapalné analyty (roztoky soli ve vodě, atd.). U senzorů s dvojicí Braggových zrcadel bude využívána odezva jak v odrazivosti, tak v propustnosti.

Ing. Michal Gryga, Ph.D.
Ing. Roman Kaňok
Ing. Jakub Chylek

Hlavním úkolem projektu je zapojení dvou doktorandů Ing. Romana Kaňoka a Ing. Jakuba Chýlka, do řešení problematiky optických senzorů využívajících povrchové plazmonové rezonance, rezonance s Braggovými zrcadly a Tammovy plazmonové rezonance. Plánované výstupy projektu lze rozdělit do následujících bodů:

1. Minimálně dvě publikace v časopisech s impakt faktorem zaměřené na analýzu a realizaci nového optického senzoru využívajícího jak povrchové plazmonové rezonance, rezonance s Braggovými zrcadly a Tammovy plazmonové rezonance.
2. Prezentace výsledků zaměřených na analýzu a realizaci nových optických senzorů využívajících výše zmíněné rezonance v rámci mezinárodních konferencí. Dále budou výsledky průběžně prezentovány na seminářích Katedry fyziky a na konferencích FEI.