Сравнительный анализ волноводных плазмон-поляритонных рефрактометров на основе возбуждения поверхностной, симметричной и антисимметричной плазмонных мод

Представлены результаты численного исследования трех конфигураций волноводного рефрактометра на основе поверхностного плазмонного резонанса: рефрактометр без буферного слоя на основе возбуждения поверхностной плазмонной моды, а также рефрактометры с буферным слоем на основе возбуждения симметричной и антисимметричной плазмонных мод. Установлено, что наилучшими метрологическими характеристиками обладает рефрактометр на симметричной плазмонной моде: выигрыш по совокупности спектральной чувствительности и ширины резонансного провала достигает двух порядков величины по сравнению с рефрактометром на антисимметричной плазмонной моде и одного порядка – по сравнению с рефрактометром без буферного слоя. С точки зрения измерения локальных вариаций показателя преломления в тонком слое преимущество от использования симметричной плазмонной моды менее выражено и составляет примерно 20 и 6 соответственно. Показано, что более высокие метрологические характеристики рефрактометра на симметричной плазмонной моде достигаются в ущерб его компактности: длина чувствительного участка в таком рефрактометре может на три порядка превышать аналогичную характеристику для рефрактометров без буферного слоя и на антисимметричной плазмонной моде. Минимальная длина чувствительного участка достигается в рефрактометре на антисимметричной плазмонной моде, который, однако, обладает наихудшими метрологическими характеристиками. Что касается простоты изготовления, то наиболее привлекательной является схема без буферного слоя, которая занимает промежуточное положение между рефрактометрами на симметричной и антисимметричной плазмонных модах как по метрологическим параметрам, так и по длине чувствительного участка.