Sensor de resonancia de plasmones de superficie en óptica integrada

Abstract

Los sensores SPR tienen un gran número de aplicaciones, como la detección cuantitativa de elementos químicos y biológicos. Esto incluye diagnósticos médicos, monitorización de parámetros ambientales, calidad de los alimentos, etcétera.

Actualmente los sensores SPR son caros y voluminosos, por lo que sólo están disponibles en laboratorios de investigación y hospitales. Lo que se pretende en este proyecto es diseñar un sensor en tecnología óptica integrada, reduciendo tanto su tamaño como su precio, con el objetivo de permitir, en un futuro, su implementación en equipos médicos que permitirán el análisis de numerosos elementos (parámetros de la sangre, sustancias estupefacientes, hormonas...) así como diagnósticos (alergias, cáncer, etc) de manera rápida y barata, así como equipos que puedan manejar los propios pacientes desde casa.

La resonancia de plasmones de superficie (SPR, por sus siglas en inglés) es una de las tecnologías ópticas que más aplicaciones encuentra en diferentes campos. En esta técnica, una onda electromagnética TM que choca contra un metal causa la excitación de unas oscilaciones en los electrones de la interfaz metal-dieléctrico conocida como onda de plasmones de superficie (SPW). Cuando la energía y el momento de ambas ondas, la incidente y la SPW, coinciden, ocurre una resonancia que produce una disminución muy brusca en la intensidad de la onda reflejada. La condición de resonancia depende del ángulo de incidencia, la longitud de onda y de las permitividades del metal y el dieléctrico.

El sensor SPR tipo Kretschmann consta de una superficie de metal muy fina. Por un lado es por donde se deposita la muestra a medir, mientras que por el otro hay un prisma de material dieléctrico que permite la incidencia de un haz con un ángulo concreto. Un detector bien colocado recibe el haz reflejado y mide su intensidad.

Esta versión reducida constará de dos grating couplers que permitirán acoplar la luz desde una guía óptica hacia la superficie de metal con un cierto ángulo y conducir la luz reflejada otra vez a la guía.