Análise de biossensores ópticos baseados no efeito SPR utilizando novos modelos de dispositivos quase cristalinos
dc.contributor.advisor | Silva, José Patrocínio da | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0003-1843-7879 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/5753289728835624 | pt_BR |
dc.contributor.author | Cunha, Nilson Henrique de Oliveira | |
dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0003-2919-3515 | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/7745059963791819 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Campos, Antonio Luiz Pereira de Siqueira | |
dc.contributor.referees2 | Sousa Júnior, Vicente Ângelo de | |
dc.contributor.referees3 | Mercedes, Cosme Eustaquio Rubio | |
dc.contributor.referees4 | Andrade, Humberto Dionisio de | |
dc.date.accessioned | 2024-11-12T22:36:53Z | |
dc.date.available | 2024-11-12T22:36:53Z | |
dc.date.issued | 2024-08-30 | |
dc.description.abstract | With the continuous advancement of new communications technologies across all scientific fields, it is essential that the devices employed keep pace with these developments to ensure reliable results. In this context, applications at very high frequencies have been explored to develop devices with ultra-fast responses. Among these applications, optical sensors have been the subject of extensive research. This work utilizes the Surface Plasmon Resonance (SPR) effect for the analysis of optical sensors based on different models of optical waveguides. The SPR effect occurs when a metaldielectric interface is excited by a light signal at a specific frequency, known as the surface plasmonic frequency, inducing the formation of dense electron clusters in the analysis region, thereby enabling material detection. The objective of this study is to propose and analyze four novel models of plasmonic sensors derived from optical waveguides, including microstructured optical fibers and conventional waveguides. In the first approach, a microstructured optical fiber with elliptical holes was used, exploring two variations: one with an extended core and another with dual cores. The second study involves a microstructured D-type optical fiber, where a defect in the silica (𝑆𝑖𝑂2 ) core was doped with varying concentrations of germanium dioxide (𝐺𝑒𝑂2 ) to optimize the SPR effect. The third proposed structure consists of a rib-type optical waveguide with a microchannel coupled, separated from the guiding region by a thin layer of gold. Lastly, the final proposed structure employs a quasi-periodic microstructured optical fiber, introducing liquid crystal sensitive to temperature variations to enhance the coupling between the fundamental and plasmonic modes. To evaluate the effectiveness of the sensors, the electric (E) and magnetic (H) field distributions, confinement loss (CL) and wavelength sensitivity (WS) were studied. These investigations aim to contribute to the development of advanced optical sensors capable of accurately detecting variations in the refractive index of materials in both chemical and biological applications. | pt_BR |
dc.description.resumo | Com o avanço contínuo das novas tecnologias de comunicações em todas as áreas da ciência, é essencial que os dispositivos utilizados acompanhem esses progressos para garantir resultados confiáveis. Nesse cenário, as aplicações em frequências muito altas têm sido exploradas para desenvolver dispositivos com respostas ultra rápidas. Entre essas aplicações, os sensores ópticos têm sido alvo de extensas pesquisas. Este trabalho utiliza o efeito de ressonância de plasmons de superfície (SPR – do inglês Surface Plasmon Resonance) para análise de sensores ópticos baseados em diferentes modelos de guias ópticos. O efeito SPR ocorre quando uma interface metal-dielétrico é excitada por um sinal de luz em uma frequência específica, denominada frequência plasmônica de superfície, induzindo a formação de densos aglomerados de elétrons na região de análise, viabilizando assim a detecção do material. O objetivo deste estudo é propor e analisar quatro novos modelos de sensores plasmônicos derivados de guias ópticos, incluindo fibras ópticas microestruturadas e guias convencionais. Na primeira abordagem, foi utilizada uma fibra óptica microestruturada com furos elípticos, explorando duas variações: uma com núcleo estendido e outra com dois núcleos. O segundo estudo envolve uma fibra óptica tipo D microestruturada, onde um defeito no núcleo de sílica (𝑆𝑖𝑂2 ), foi dopado com diferentes concentrações de dióxido de germânio (𝐺𝑒𝑂2 ), para otimizar o efeito de SPR. A terceira estrutura proposta consiste em um guia óptico do tipo rib com um microcanal acoplado, separado da região de guiamento por uma fina camada de ouro. Por fim, a última estrutura proposta utiliza uma fibra óptica microestruturada quase periódica, com a introdução de cristal líquido sensível a variações de temperatura para melhorar o acoplamento entre os modos fundamental e plasmônico. Para a avaliar a eficácia dos sensores, foram estudadas as distribuições de campo elétrico (E) e magnético (H), a perda por confinamento (CL – do inglês Confinement Loss) e a sensibilidade espectral, ou sensibilidade de comprimento de onda (WS – do inglês Wavelength Sensitivity). Essas investigações visam contribuir para o desenvolvimento de sensores ópticos avançados, capazes de detectar com precisão variações no índice de refração de materiais em aplicações tanto químicas quanto biológicas. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.identifier.citation | CUNHA, Nilson Henrique de Oliveira. Análise de biossensores ópticos baseados no efeito SPR utilizando novos modelos de dispositivos quase cristalinos. Orientador: Dr. José Patrocínio da Silva. 2024. 100f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60630 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Detecção de índice de refração | pt_BR |
dc.subject | Guia óptico microestruturado | pt_BR |
dc.subject | Sensores ópticos | pt_BR |
dc.subject | SPR | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | pt_BR |
dc.title | Análise de biossensores ópticos baseados no efeito SPR utilizando novos modelos de dispositivos quase cristalinos | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
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