Deteksi gelatin sapi dengan sensor surface plasmon resonance (SPR) berbasis fiber optik menggunakan metode finite-difference time-domain (FDTD)

INDONESIA :

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis dan mengoptimalkan desain sensor Surface Plasmon Resonance (SPR) berbasis fiber optik dalam mendeteksi refraktif indeks gelatin sapi. Parameter yang divariasikan meliputi ketebalan lapisan logam, jenis material plasmonik (Ag, Au, Cu), serta panjang zona sensing (probe sensing). Simulasi dilakukan secara numerik menggunakan metode Finite-Difference Time-Domain (FDTD). Evaluasi performa sensor mencakup sensitivitas (S), akurasi deteksi (DA), faktor kualitas (QF), dan figure of merit (FoM). Hasil simulasi dan analisis menunjukkan bahwa konfigurasi yang optimal diperoleh pada ketebalan lapisan logam sebesar 80 nm dengan jenis material perak (Ag), yang menghasilkan sensitivitas tertinggi sebesar 4327.78 nm/RIU. Material Ag secara konsisten memberikan performa paling sensitif dibandingkan Au dan Cu, baik dalam sensitivitas maupun nilai FoM untuk mendeteksi gelatin sapi. Panjang zona sensing (probe sensing), hanya sepanjang 100 µm yang menunjukkan kurva resonansi yang tajam dan terjadi pergeseran secara konsisten terhadap peningkatan refraktif indeks gelatin sapi. Berdasarkan hasil tersebut, dapat disimpulkan bahwa kombinasi ketebalan 80 nm, material logam Ag, dan panjang zona sensing 100 µm merupakan konfigurasi sensor yang paling optimal dalam mendeteksi gelatin sapi secara sensitif dan akurat melalui sensor SPR berbasis fiber optik.

ENGLISH:

This research aims to analyze and optimaze the design of a fiber optic-based Surface Plasmon Resonance (SPR) sensor for detecting the refractive index of bovine gelatin. The parameters varied include the thickness of metal layer, the type of plasmonic material (Ag, Au, Cu), and the length of the sensing zone (probe sensing). The simulation was carried out numerically using the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method. The sensor perfomance evaluation includes sensitivity (S), detection accuracy (DA), quality factor (QF), and figure of merit (FoM). The simulation and analysis results show that the optimal configuration was obtained at a metal layer thickness of 80 nm using silver (Ag) as the plasmonic material, which produced the highest sensitivity of 4327.78 nm/RIU. Silver (Ag) concistently provided the most sensitive perfomance compared to Au and Cu, both in terms of sensitivity and FoM for detecting bovine gelatin. The zone lenghth (probe sensing) of only 100 µm showed a sharp resonance curve and a consistent shift in response to increasing gelatin refractive index. Based on these results, it can be concluded that the combination of 80 nm thickness, Ag metal material, and 100 µm sensing zone length is the most optimal sensor configuration for sensitively and accurately detecting bovine gelatin using a fiber optic-based SPR sensor.

ARABIC :

تهدف هذه الدراسة إلى تحليل وتحسين تصميم مستشعر الرنين السطحي البلازمي (SPR) القائم على الألياف البصرية في الكشف عن معامل الانكسار لجلاتين الأبقار. تشمل المعلمات التي تم تغييرها سمك طبقة المعدن، نوع المادة البلازمونية (Ag، Au، Cu)، وطول منطقة الاستشعار (استشعار البروبي). تم إجراء المحاكاة بطريقة عددية باستخدام طريقة الفروق المحدودة الزمنية(FDTD). تشمل تقييم أداء المستشعر الحساسية(S)، دقة الكشف(DA)، عامل الجودة(QF)، ورقم المزايا(FoM). تُظهر نتائج المحاكاة والتحليل أن التكوين الأمثل تم الحصول عليه عند سمك طبقة المعدن 80 نانومتر مع نوع مادة الفضة(Ag)، مما يؤدي إلى أعلى حساسية تبلغ 4327،78 نانومتر/RIU. توفر مادة Ag أداءً أكثر حساسية باستمرار مقارنةً بـ Au وCu، سواء من حيث الحساسية أو قيمة FoM للكشف عن الجلاتين البقري. طول منطقة الاستشعار (استشعار المجس) هو 100 ميكرومتر فقط، مما يُظهر منحنى رنان حاد ويحدث انزياحًا باستمرار مع زيادة مؤشر الانكسار للجلاتين البقري. استنادًا إلى هذه النتائج، يمكن الاستنتاج أن مجموعة سمك 80 نانومتر، ومادة الفضةAg، وطول منطقة الاستشعار 100 ميكرومتر هي التركيب الأكثر مثالية للكشف عن الجلاتين البقري بشكل حساس ودقيق من خلال مستشعر SPR القائم على الألياف الضوئية.