Vernier Ellipsometry Sensing with Ultralow Limit‐of‐Detection and Large Dynamic Range by Tuning of Zero‐Reflection Points

光学 光子学 折射率 反射(计算机编程) 材料科学 物理 相(物质) 椭圆偏振法 光电子学 纳米技术 计算机科学 薄膜 量子力学 程序设计语言
作者
Y.H. Zhang,May Thawda Phoo,Yishu Foo,Xiaomin Li,Yun Wah Lam,Juan Antonio Zapien
出处
期刊:Laser & Photonics Reviews [Wiley]
卷期号:18 (7) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/lpor.202300801
摘要

Abstract Optical sensors using zero‐reflection points (ZRPs) enable excellent sensitivity due to the accompanying phase singularities and the steepest slope of the reflectivity curve. Here, the collaborative manipulation of three ZRPs in a simple platform formed by a lithography‐free, metal‐dielectric‐metal structure with unsurpassed, experimentally demonstrated, limit of detection ≈2 × 10 −8 refractive index unit is reported. The sensor relies on: i) strong coupling between p ‐polarized surface plasmon polariton and photonic waveguide, leading to reflection suppression, Rabi splitting and phase singularities; ii) simultaneous implementation of two orthogonally polarized ZRPs, enabling spectral overlap of s ‐polarized photonic modes ( R s ) with the coupled p ‐polarized resonances ( R p ); and iii) ellipsometry‐based sensing where the s ‐polarized ZRPs provide a stable reference to boost the sensor performance in terms of the amplitude ratio and phase difference of R p and R s thereby naturally forming a refinement measuring scale akin to a Vernier scale. Remarkably, the precise manipulation of ZRPs enables resetting the sensor to its optimal sensing point. The capability has been demonstrated for a biosensor of SARS‐CoV‐2 spike (S2) protein that can track the full functionalization process then reset to perform dose‐dependent detection of the S2 protein. This work provides a new strategy for the development of optical sensors and perfect light absorbers.

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