Modelagem numérica de sensores plasmônicos SPCE de 3 e 4 camadas usando o COMSOL em ambiente 2D
Optical sensors based on SPP waves are known as Surface PlasmonResonance - SPR sensors. These photonic devices detect variations in the effective refractive index of a multilayer structure through the interaction of the plasmonic wave excited at the metal dielectric interface with samples of the mat...
| Autor principal: | COSTA, Maikon Sanches da |
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| Grau: | Trabalho de Conclusão de Curso - Graduação |
| Idioma: | por |
| Publicado em: |
2021
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| Acesso em linha: |
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oai:https:--bdm.ufpa.br:8443:prefix-35112021-09-22T03:03:38Z Modelagem numérica de sensores plasmônicos SPCE de 3 e 4 camadas usando o COMSOL em ambiente 2D COSTA, Maikon Sanches da COSTA, Karlo Queiroz da http://lattes.cnpq.br/7932708321834647 CRUZ, André Felipe Souza da http://lattes.cnpq.br/8342943140907725 https://orcid.org/0000-0003-4393-3217 Plasmônica Sensores plasmônicos Sensor SPCE Modelagem numérica Modelagem de estruturas multicamadas CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Optical sensors based on SPP waves are known as Surface PlasmonResonance - SPR sensors. These photonic devices detect variations in the effective refractive index of a multilayer structure through the interaction of the plasmonic wave excited at the metal dielectric interface with samples of the material to be analyzed on the sensor surface. SPR sensors can be used for detection of chemical and biological species, monitoring of nanoparticles and so on. In this work, the theoretical analysis of an SPR sensor in SPCE configuration with 3 and 4 layers is presented, where the re-emission process of nanoparticles (or analytes) are modeled by infinitesimal dipoles on the sensor surface, in a length of wave λ = 633 nm or in the optical range. COMSOL Multiphysics® Software is used to numerically analyze, by the finite element method, the electromagnetic response of the SPCE sensor equivalent models with 3 and 4 layers in 2D. The analysis in COMSOL uses the finite element method to calculate the near and far fields, where the results are validated through other results obtained by other references. The validation and analysis of the results for the 2D 4-layer sensor is done by comparing with experimental results for a sensor in the Kretschmann configuration. All results obtained had good agreement, proving the effectiveness of the models created in the Software and the electromagnetic reciprocity of the two configurations of SPR sensors. Sensores ópticos baseados em ondas SPP são conhecidos como sensores de Surface Plasmon Resonance - SPR. Estes dispositivos fotônicos detectam variações do índice efetivo de refração de uma estrutura multicamada por meio da interação da onda plasmônica excitada na interface metal-dielétrico com as amostras do material a ser analisado na superfície do sensor. Sensores SPR podem ser utilizados para detecção de espécies químicas, biológicas, monitoramento de nanoparticulas e etc. Neste trabalho, apresenta-se a análise teórica de um sensor SPR na configuração SPCE com 3 e 4 camadas, onde o processo de re-emissão das nanoparticulas (ou analitos) são modelados por dipolos infinitesimais sobre a superfície do sensor, em um comprimento de onda λ = 633 nm ou na faixa óptica. É usado o Software COMSOL Multiphysics® para analisar numericamente, pelo método dos elementos finitos, a resposta eletromagnética dos modelos equivalentes do sensor SPCE com 3 e 4 camadas em 2D. A análise no COMSOL utiliza o método dos elementos finitos para calcular os campos próximo e distante, onde os resultados são validados através de outros resultados obtidos por outras referências. A validação e análise dos resultados para o sensor de 4 camadas 2D é feita pela comparação com resultados experimentais de um sensor na configuração Kretschmann. Todos os resultados obtidos tiveram boa concordância, provando a eficácia dos modelos criados no Software e a reciprocidade eletromagnética das duas configurações de sensores SPR. 2021-09-21T19:17:32Z 2021-09-21T19:17:32Z 2021-08-27 Trabalho de Conclusão de Curso - Graduação COSTA, Maikon Sanches da. Modelagem numérica de sensores plasmônicos SPCE de 3 e 4 camadas usando o COMSOL em ambiente 2D. Orientador: Karlo Queiroz da Costa; Coorientador: André Felipe Souza da Cruz. 2021. 72 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) – Campus Universitário de Tucuruí, Universidade Federal do Pará, Tucuruí, 2021. Disponível em: https://bdm.ufpa.br:8443/jspui/handle/prefix/3511. Acesso em:. https://bdm.ufpa.br:8443/jspui/handle/prefix/3511 por Acesso Aberto Disponível na Internet via Sagitta |
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Biblioteca Digital de Monografias - UFPA |
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Optical sensors based on SPP waves are known as Surface PlasmonResonance - SPR sensors. These photonic devices detect variations in the effective refractive index of a multilayer structure through the interaction of the plasmonic wave excited at the metal dielectric interface with samples of the material to be analyzed on the sensor surface. SPR sensors can be used for detection of chemical and biological species, monitoring of nanoparticles and so on. In this work, the theoretical analysis of an SPR sensor in SPCE configuration with 3 and 4 layers is presented, where the re-emission process of nanoparticles (or analytes) are modeled by infinitesimal dipoles on the sensor surface, in a length of wave λ = 633 nm or in the optical range. COMSOL Multiphysics® Software is used to numerically analyze, by the finite element method, the electromagnetic response of the SPCE sensor equivalent models with 3 and 4 layers in 2D. The analysis in COMSOL uses the finite element method to calculate the near and far fields, where the results are validated through other results obtained by other references. The validation and analysis of the results for the 2D 4-layer sensor is done by comparing with experimental results for a sensor in the Kretschmann configuration. All results obtained had good agreement, proving the effectiveness of the models created in the Software and the electromagnetic reciprocity of the two configurations of SPR sensors. |
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