Для описания наблюдаемого со временем уширения плазмонного резонанса (штриховая красная и пунктирная зеленая кривые на рис. 9) в расчете была увеличена мнимая часть диэлектрической проницаемости меди. Независящая от частоты мнимая добавка к диэлектрической проницаемости, равная , позволила описать наблюдаемое двукратное увеличение ширины резонанса (штриховая красная кривая на рис. 10). Описание дальнейшего размытия резонанса потребовало увеличения мнимой части диэлектрической проницаемости меди вплоть до значения действительной части, что может соответствовать нарушению однородности слоя в следствии неоднородности процесса окисления меди.
Естественно, в отсутствие плазмонной перетяжки работа датчика становится невозможной. По результатам наблюдений, характерное время эффективного функционирования датчика с медным напылением составило примерно 200 минут при проведении измерений с применением изопропилового спирта. Очевидно, что полученное характерное время зависит от условий и окружающей среды, в которых проводился эксперимент. Тем не менее, временя жизни медной пленки может быть увеличено, например, путем нанесения тонкого полимерного покрытия или стойкого к химическому воздействию металлического покрытия.
Рисунок 10 Коэффициент отражения для схемы Кречманна с медной пленкой. Сплошная синяя кривая соответствует табличной дисперсии меди, штриховая красная и пунктирная зеленая кривые - увеличению мнимой части диэлектрической проницаемости меди на 25 и на 80, соответственно.
Заключение
В работе впервые наблюдался плазмонный резонанс на однородной медной пленке, нанесенной на боковую поверхность волоконного световода с наклонной брэгговской решеткой. По изменению спектральных характеристик плазмонного резонанса изучена динамика деградации слоя меди. Экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическими расчетами, основанными на предположении неравномерного разрушения медного покрытия, например, вследствие его окисления или частичного растворения. Время деградации пленки, естественно, зависит от окружающей среды, в которой проводились измерения.
Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда перспективных исследований (контракт номер 7/004/2013-2018 от 23.12.2013) и Российского фонда фундаментальных исследований.
Литература
1. E. Kretschmann, "Die Bestimmung optischer Konstanten von Metallen durch Anregung von Oberflachenplasrnaschwingungen," Z. Physik, vol. 241, pp. 313-324, 1971.
2. A. Otto, "Excitation of nonradiative surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflection," Z Physik, vol. 216, pp. 398-410, 1968.
3. M. Mitsushio, K. Miyashita, M. Higo, "Sensor properties and surface characterization of the metal-deposited SPR optical fiber sensors with Au, Ag, Cu, and Al," Sensors and Actuators A: Physical, vol. 125, pp. 296-303, 2006.
4. E. Fontana, "Thickness optimization of metal films for the development of surface-plasmon-based sensors for nonabsorbing media," Applied optics, vol. 45, pp. 7632-7642, 2006.
5. T. Erdogan, "Cladding-mode resonances in short-and long-period fiber grating filters," JOSA A, vol. 14, pp. 1760-1773, 1997.
6. J. Thomas, N. Jovanovic, R. G. Becker, G. D. Marshall, M. J. Withford, A. Tьnnermann, S. Nolte, M. Steel, "Cladding mode coupling in highly localized fiber Bragg gratings: modal properties and transmission spectra," Optics express, vol. 19, pp. 325-341, 2011.
7. J. Albert, L. Y. Shao, C. Caucheteur, "Tilted fiber Bragg grating sensors," Laser & Photonics Reviews, vol. 7, pp. 83-108, 2013.
8. L.-Y. Shao, J. P. Coyle, S. T. Barry, J. Albert, "Anomalous permittivity and plasmon resonances of copper nanoparticle conformal coatings on optical fibers," Optical Materials Express, vol. 1, pp. 128-137, 2011.
9. T. Allsop, R. Neal, S. Rehman, D. J. Webb, D. Mapps, I. Bennion, "Characterization of infrared surface plasmon resonances generated from a fiber-optical sensor utilizing tilted Bragg gratings," JOSA B, vol. 25, pp. 481-490, 2008.
10. G. Nemova, R. Kashyap, "Fiber-Bragg-grating-assisted surface plasmon-polariton sensor," Optics letters, vol. 31, pp. 2118-2120, 2006.
11. T. Allsop, R. Neal, S. Rehman, D. J. Webb, D. Mapps, I. Bennion, "Generation of infrared surface plasmon resonances with high refractive index sensitivity utilizing tilted fiber Bragg gratings," Applied optics, vol. 46, pp. 5456-5460, 2007.
12. J. Albert, S. Lepinay, C. Caucheteur, M. C. DeRosa, "High resolution grating-assisted surface plasmon resonance fiber optic aptasensor," Methods, vol. 63, pp. 239-254, 2013.
13. V. Voisin, C. Caucheteur, P. Mйgret, J. Albert, "Interrogation technique for TFBG-SPR refractometers based on differential orthogonal light states," Applied optics, vol. 50, pp. 4257-4261, 2011.
14. L.-Y. Shao, Y. Shevchenko, J. Albert, "Intrinsic temperature sensitivity of tilted fiber Bragg grating based surface plasmon resonance sensors," Optics express, vol. 18, pp. 11464-11471, 2010.
15. Y. Y. Shevchenko, J. Albert, "Plasmon resonances in gold-coated tilted fiber Bragg gratings," Optics letters, vol. 32, pp. 211-213, 2007.
16. J. Zheng, X. Dong, J. Ji, H. Su, P. Ping Shum, "Power-referenced refractometer with tilted fiber Bragg grating cascaded by chirped grating," Optics Communications, vol. 312, pp. 106-109, 2014.
17. A. D. Rakic, A. B. Djuriљic, J. M. Elazar, M. L. Majewski, "Optical properties of metallic films for vertical-cavity optoelectronic devices," Applied optics, vol. 37, pp. 5271-5283, 1998.