ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-09-44-54

УДК: 53.088.6

Повышение точности определения угла поверхностного плазмонного резонанса аподизацией функции пропускания акустооптического перестраиваемого фильтра

Анисимов А.В., Хасанов И.Ш.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Анисимов А.В., Хасанов И.Ш. Повышение точности определения угла поверхностного плазмонного резонанса аподизацией аппаратной функции акустооптического перестраиваемого фильтра // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 9. С. 44–54. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-09-44-54

 

Anisimov A.V., Khsasnov I.Sh. Improving the accuracy of surface plasmon resonance angle determination by apodizing the transmission function of an acousto-optical tunable filter [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 9. P. 44–54. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-09-44-54

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Влияние боковых максимумов относительно центральной полосы спектра пропускания акустооптического фильтра на точность определения резонансного угла поверхностного плазмонного резонанса относительно случая монохроматического излучения. Цель работы. Повышение точности метода поверхностного плазмонного резонанса при использовании оптического излучения после акустооптической фильтрации снижением систематической погрешности определения резонансного угла относительно случая монохроматического излучения. Метод. Предложена методика аподизации для подавления влияния вторичных максимумов функции пропускания акустооптического перестраиваемого фильтра с формой, близкой к функции квадратичного кардинального синуса, за счет перестройки основной длины волны и математической постобработки. Основные результаты. Систематическая погрешность определения резонансного угла в методе поверхностного плазмонного резонанса снижена в 1,5 раза. Практическая значимость. Снижение погрешности измерения резонансного угла в методе поверхностного плазмонного резонанса позволит определять оптические константы диэлектрических покрытий с высокой точностью, а также исследовать их распределение по глубине тонкого слоя. Достижение высокой точности и разрешения позволит проводить неразрушающие исследования процессов на субволновых масштабах в видимом и инфракрасном диапазонах, таких как диффузия и адгезия тонких пленок металлов и диэлектриков, что важно для прикладных задач в нанотехнологиях и материаловедении, а также для сенсорных приложений в биомедицине.

Ключевые слова:

поверхностный плазмонный резонанс, резонансный угол, акустооптический фильтр, спектр пропускания, аподизация

Благодарность:

работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема FFNS-2025-0007). Результаты работы получены с использованием оборудования Центра коллективного пользования Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН.

Коды OCIS: 240.6680, 230.1040, 310.6860

Список источников:
  1. Gordon J.G. Surface plasmon spectroscopy for the optical characterization of thin metal films and their surfaces // Opt. Characterization Techniq. for Semiconductor Technol. SPIE, 1981. V. 0276. P. 96–100. https://doi.org/10.1117/12.931692
  2. Del Rosso T., Sánchez J.E.H., Carvalho R.D.S., et al. Accurate and simultaneous measurement of thickness and refractive index of thermally evaporated thin organic films by surface plasmon resonance spectroscopy // Opt. Exp. 2014. V. 22. № 16. P. 18914–18923. https://doi.org/10.1364/OE.22.018914
  3. Rheinberger T., Ohm D., Zhumaev U.E., et al. Extending surface plasmon resonance spectroscopy to platinum surfaces // Electrochim. Acta. 2019. V. 314. P. 96–101. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.05.063
  4. Yesudasu V., Pradhan H.S., Pandya R.J. Recent progress in surface plasmon resonance based sensors: A comprehensive review // Heliyon. 2021. V. 7. № 3. P. e06321. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06321
  5. Anisimov A.V., Khasanov I.S. Algorithm for optical characterization of dielectric gradient index nanofilm by surface plasmon resonance spectroscopy // J. Phys.: Conf. Ser. IOP Publ. 2021. V. 2091. № 1. P. 012067. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2091/1/012067
  6. Shvart︠s︡burg A.B., Maradudin A.A. Waves in gradient metamaterials. Singapore: World Scientific, 2013. 328 p.
  7. Simka H., Shankar S., Duran C., et al. Fundamentals of Cu/barrier-layer adhesion in microelectronic processing // MRS Online Proc. Libr. 2005. V. 863. № 1. P. B9.2. https://doi.org/10.1557/PROC-863-B9.2
  8. Neelakandan S., Chua P.K., Yeo K.S., et al. Rapid thermal annealing to significantly reduce delamination of silver thin film sputtered on silicon dioxide surface // 2016 IEEE 18th Electronics Packaging Technol. Conf. (EPTC). 2016. P. 264–265. https://doi.org/10.1109/EPTC.2016.7861484
  9. Хасанов И.Ш. Диагностика тонких градиентных диэлектрических покрытий с помощью микроскопии поверхностного плазмонного резонанса и метода фантомных изображений // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2022. № 11. C. 29–38. https://doi.org/10.31857/S1028096022090060

     Khasanov I.Sh. Diagnostics of thin gradient dielectric coatings by surface plasmon resonance microscopy and ghost imaging // J. Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2022. V. 16. № 6. P. 951–959. https://doi.org/10.1134/S1027451022050068

  1. Patil P.O., Pandey G.R., Patil A.G., et al. Graphene-based nanocomposites for sensitivity enhancement of surface plasmon resonance sensor for biological and chemical sensing: A review // Biosens. Bioelectron. 2019. V. 139. P. 111324. https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.111324
  2. Пшенова А.С., Клюкин Д.А., Сидоров А.И. и др. Пористые стекла с наноразмерными частицами серебра как чувствительный материал для сенсоров показателя преломления аналитов // Оптический журнал. 2016. Т. 83. С. 64–67.

       Pshenova A.S., Klyukin D.A., Sidorov A.I., et al. Porous glasses with silver nanoparticles as the sensitive material for sensors to measure the index of refraction of analytes // J. Opt. Technol. 2016. V. 83. P. 438. https://doi.org/10.1364/JOT.83.000438

  1. Abayzeed S.A., Smith R.J., Webb K.F., et al. Responsivity of the differential-intensity surface plasmon resonance instrument // Sens. Actuators B: Chem. 2016. V. 235. P. 627–635. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.05.117
  2. Khasanov I.S., Knyazev B.A., Lobastov S.A., et al. Optical characterization of thin films by surface plasmon resonance spectroscopy using an acousto-optic tunable filter // Materials. 2023. V. 16. № 5. P. 1820. https://doi.org/10.3390/ma16051820
  3. Анисимов А.В., Лобастов С.А., Хасанов И.Ш. Алгоритм определения оптического профиля тонких градиентных пленок методом поверхностного плазмонного резонанса // Ученые записки физического факультета Московского университета. 2023. № 6. C. 2360401.

       Anisimov A.V., Lobastov S.A., Khasanov I.S. Algorithm for determining the optical profile of thin gradient-index films via surface plasmon resonance [in Russian] // Uchenye Zapiski Fizicheskogo Fakulteta MGU. 2023. № 6. P. 2360401.

  1. Kupreychik M., Chizhikov A., Yushkov K.B. Biaxial AOTF transfer functions for spatial image filtering // Advanced Opt. Imaging Technol. V. SPIE, 2022. P. 20. https://doi.org/10.1117/12.2641893
  2. Мачихин А.С., Пожар В.Э. Передача изображений при широкоугольном акустооптическом взаимодействии // Квант. электрон. 2010. Т. 40. № 9. С. 837–841.

       Machikhin A.S., Pozhar V.E. Image transformation caused by wide-angle acousto-optic interaction // Quantum Electron. 2010. V. 40. P. 837–841. https://doi.org/10.1070/QE2010v040n09ABEH014371

  1. Wang X., Zeng Y., Zhou J., et al. Ultrafast surface plasmon resonance imaging sensor via the high-precision four-parameter-based spectral curve readjusting method // Anal. Chem. American Chem. Soc. 2021. V. 93. № 2. P. 828–833. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c03347
  2. Owega S., Poitras D. Local similarity matching algorithm for determining SPR angle in surface plasmon resonance sensors // Sens. Actuators B: Chem. 2007. V. 123. № 1. P. 35–41. https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.07.018
  3. Roy D. Surface plasmon resonance spectroscopy of dielectric coated gold and silver films on supporting metal layers: Reflectivity formulas in the Kretschmann formalism // Appl. Spectrosc. SAGE Publications Ltd STM, 2001. V. 55. № 8. P. 1046–1052. https://doi.org/10.1366/0003702011952947
  4. Batista J.C.S., Costa M.V.S., Oliveira L.C. Smart noise reduction in SPR sensors response using multiple-ANN design // IEEE Sensors J. 2021. V. 21. № 4. P. 4517–4524. https://doi.org/10.1109/JSEN.2020.3035441
  5. Zhan S., Wang X., Liu Y. Fast centroid algorithm for determining the surface plasmon resonance angle using the fixed-boundary method // Meas. Sci. Technol. 2010. V. 22. № 2. P. 025201. https://doi.org/10.1088/0957-0233/22/2/025201
  6. Junfeng D., Li-hui F. Application of dynamic baseline adjustment based on swarm intelligence optimization in the signal processing of fiber SPR sensor // Optik. 2023. V. 273. P. 170470. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.170470
  7. Qin L.S., Chen X., Zhang L.L., et al. Design, fabrication and testing of gain SPR sensor chip // J. Phys.: Conf. Ser. IOP Publ., 2019. V. 1209. № 1. P. 012006. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1209/1/012006
  8. Vinogradov A.P., Dorofeenko A.V., Pukhov A.A., et al. Exciting surface plasmon polaritons in the Kretschmann configuration by a light beam // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. № 23. P. 235407. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.235407
  9. Surface plasmon resonance based sensors. Ed. Homola J. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2006. 252 p. ISBN-13 978-3-540-33918-2
  10. Батшев В.И., Мачихин А.С., Козлов А.Б. и др. Перестраиваемый акустооптический фильтр для спектральных диапазонов 450…900 нм и 900…1700 нм // Радиотехника и электроника. 2020. Т. 65. № 7. С. 667–673. https://doi.org/ 10.31857/s0033849420070025

       Batshev V.I., Machikhin A.S., Kozlov A.B., et al. Tunable acousto-optic filter for the 450–900 and 900–1700 nm spectral range // J. Commun. Technol. Electron. 2020. V. 65. № 7. P. 800–805. https://doi.org/10.1134/S1064226920070025

  1. Польщикова О.В., Горевой А.В., Мачихин А.С. Экспериментальное исследование влияния функции пропускания перестраиваемого акустооптического фильтра на характеристики интерференционной картины во внеосевой схеме цифровой голографии // Светотехника. 2022. № 5. С. 38–43.

       Polschikova O.V., Gorevoy A.V., Machikhin A.S. Experimental study of the influence of the transmission function of acousto-optic tuneable filter on the characteristics of the interference pattern in off-axis digital holography // Light & Eng. 2022. P. 43–50. https://doi.org/10.33383/2022-083

  1. Каталог цветного стекла. М.: Машиностроение, 1967. 62 с.

       Catalog of colored glass [in Russian]. Moscow: ꞌꞌMashinostroenieꞌꞌ Publ., 1967. 62 p.