ساخت طیف‌سنج نوری جدید با استفاده از نانوفتونیک

جونگ پنگ گو، استادیار رشته مهندسی برق و اپتیک این دانشگاه اخیرا دستگاه فتونیک نانومقیاسی ساخته که به ابرنانوساینده موسوم شده است، در این پروژه دانشجوی دکترای ایشان هایشنگ لونگ نیز همکاری داشته است. با ساخت این ابرنانوساینده، گروه تحقیقاتی گو ابزار جدیدی برای حسگری نوری ارائه کرده است که به این دسته تجهیزات، حسگری طیف‌سنجی گفته می‌شود. 

دستگاه‌های طیف‌سنجی رایج می‌توانند طیف‌های نوری را اندازه‌گیری کنند. حسگرهای نوری رایج نیز از نور برای تعیین درصد مواد شیمیایی استفاده می‌کند. حسگر طیف‌سنجی یک طیف سنج نوری است که می‌تواند حسگر شیمیایی نیز باشد این دستگاه قادر است پاسخ‌های نوری را اندازه‌گیری کند. پاسخ‌های نوری معمولا توسط پیوندهای شیمیایی کنترل می‌شود. ساخت اولین سیستم حسگری طیف‌سنجی مجهز به لبه‌های فلزی نانومقیاس اولین بار در سال ۲۰۱۱ در نشریه Optics Letters گزارش شد. ساخت حسگر طیف‌سنجی با حفره‌های نانومقیاس نیز در سال ۲۰۱۲ در نشریه Optics Express گزارش شد.

نانوساختارهای دوره‌ای حاوی نانولبه، ساختارهایی هستند که روی آنها برجستگی‌های نانومقیاسی وجود دارد. از آنجایی که این نانوساختارهای کوچکتر از طول موج نور هستند با چشم غیرمسلح نمی‌توان آنها را دید. اما نور می‌تواند این نانوساختارها را حس کند در طول موج مشخصی، نور جذب این نانوساختارها می‌شود. به این پدیده رزونانس نوری نانوساختاری گفته می‌شود که یک پدیده نوری محسوب می‌شود.

رزونانس نوری نانوساختارها توسط طیف‌سنج نوری اندازه‌‌گیری می‌شود با ایجاد یک الگوی شبکه‌ای نانوساختاری، این تیم تحقیقاتی موفق شدند شبکه‌ای با قابلیت پراش بالا ایجاد کنند. پراش‌های انجام شده توسط این نانوساختار می‌تواند توسط آرایه‌ای از شناساگرهای نوری اندازه‌گیری شود، با این کار دیگر نیازی به طیف‌سنج نوری نیست.

با استفاده از یک پلیمری که دارای قابلیت نگارش با پرتو الکترونی است، می‌توان الگوی مورد نظر را روی آن ایجاد کرد. این پلیمر به‌صورت ماسک عمل می‌کند و با استفاده از فرآیند اچ کردن یونی می‌توان الگوی مورد نظر را از پلیمر به فلز نازک زیرلایه منتقل کرد.

محققان الگوی مذکور را روی فیلم نازک از جنس طلا ایجاد کردند این فیلم روی بستری از جنس شیشه قرار دارد. ضخامت فیلم طلا ۶۰ نانومتر می‌باشد و حفره‌های موجود در آن تقریبا ۱۰۰ نانومتر است. حفره‌های موجود در سطح این ساختار موجب پلاسمون سطحی می‌شود.