Comparison between two techniques to produce optical fiber refractometric sensors with gold nanostructures

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Neste trabalho foram produzidos e caracterizados dispositivos nanoestruturados baseados em redes de período longo em fibra óptica, buscando a obtenção de sensores refratométricos para ambiente aquático. Foram empregadas duas metodologias de deposição de filmes de nanopartículas de ouro sobre a fibra óptica contendo a LPG, a fim de aumentar a sensibilidade do dispositivo a variações do índice de refração do meio circunvizinho à fibra. Utilizando a rota térmica – adaptada a partir da literatura – para a deposição sobre a fibra óptica, foram produzidas três LPGs, as quais foram caracterizadas antes e após as deposições das nanoestruturas. Após a deposição das nanopartículas de ouro, obteve-se um aumento de 85% na sensibilidade da LPG para índices de refração do meio circunvizinho à fibra próximos ao índice de refração da água. A sensibilidade aumentada resultou do acoplamento entre a ressonância plasmônica de superfície localizada das nanopartículas e as ressonâncias dos modos de propagação das LPGs. Utilizando nanopartículas produzidas por rota química, o filme foi formado após a imersão da fibra na solução contendo as nanopartículas. Usando apenas uma LPG, foi avaliado o efeito sobre a sensibilidade da LPG do tempo de imersão da fibra em nanopartículas de ouro recém preparadas. Aumentos de sensibilidade de 144,8% para índice de refração de (1,4681 ± 0,0002) e de até 11,1% para meios com índice de refração próximos ao da água pura foram observados para um tempo de deposição de 1 e 0,5 min, respectivamente. In this work were produced and characterized nanostructured devices based on long period fiber gratings, seeking for refractometric sensors with enhanced sensitivity in water environment. In order to increase the grating refractive index sensitivity to the surroundings, two deposition methods were used to form a gold nanoparticles film over the surface of the optical fiber containing the grating. A thermal route adapted from the literature was used with three LPGs, which were characterized before and after the nanostructures deposition. The nanoparticles film resulted in an increase of 85% in the grating sensitivity for refractive indexes close to the water one. This increased sensitivity was consequence of the coupling between the grating resonance and the nanoparticles localized surface plasmon resonance. Using nanoparticles produced by chemical route, gold nanoparticles film was formed by immersing the fiber in the nanoparticles. The influence of the immersion time was evaluated using a single long period grating immersed in the colloid for different time intervals. Increases in the grating sensitivity of 144.8% for refractive index of (1.4681 ± 0.0002) and up to 11.1% for refractive indexes close to the water were obtained with an immersion along 1 and 0.5 min, respectively.