Perfect absorption at a resonance wavelength and extremely low absorption at the wavelength range of off-resonance in a one-port optical cavity is required for refractive index (RI) sensing with high signal contrast. Here, we propose and analyze an absorption-enhanced Fabry?밣erot (MAFP) cavity based on a critical coupling condition in a near-infrared wavelength range. For a one-port cavity, a thick bottom Au is used as a mirror and an absorber. To achieve the critical coupling condition, a top dielectric metasurface is employed and tailored to balance the radiation coupling and the absorption coupling rates, and the one-port cavity is theoretically analyzed using temporal coupled-mode theory. We investigate two types of MAFP structures for gas and liquid. The gas MAFP cavity shows a sensitivity of ~ 1388혻nm/RIU and a full-width at half-maximum of less than 0.7혻nm. This MAFP cavity resolves the RI change of 5 × 10?닋4 with a reflectance signal margin of 50% and achieves a signal contrast of ~ 100%. The liquid MAFP cavity shows a sensitivity of ~ 996혻nm/RIU when RI of liquid changes from 1.30 to 1.38. With tailoring the period of the metasurface maintaining its thickness, a signal contrast of ~ 100% is achieved for each specific RI range.
KSP 제안 키워드
Fabry-Perot cavity, Full-width at half-maximum(FWHM), High signal, Infrared wavelengths, Near-Infrared(NIR), Off-resonance, Refractive index sensing, critical coupling, dielectric metasurface, optical cavity, perfect absorption
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<출처표시방법 안내> 작성자, 저작물명, 출처, 권호, 출판년도, 이용조건 [예시1] 김진미 외, "매니코어 기반 고성능 컴퓨팅을 지원하는 경량커널 동향", 전자통신동향분석, 32권 4호, 2017, 공공누리 제4유형 [예시2] 심진보 외, "제4차 산업 혁명과 ICT - 제4차 산업 혁명 선도를 위한 IDX 추진 전략", ETRI Insight, 2017, 공공누리 제 4유형
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