This work evaluates a newly developed laser-based sensor which detects small changes of the refractive index. Currently, the state of the art in high-accuracy refractive index sensing is plasmonic biosensors (SPR). However, the high cost, the complexity and the sensitivity of the plasmonics set-up has not allowed yet being part of the market. On the other hand, the technique proposed in this project, based on Differential Self Mixing Interferometry (DSMI), counts some low-cost, stability and compactness advantages. Theoretical models, which have been studied and simulated along this research, are presented showing that the technique is capable to measure refractive index with an accuracy of 10-7. Two experimental set-ups for validation have been built along this thesis, and a series of experimental tests were performed. Results showed good agreement between theory and experiment with a reasonable reduction in performance due to instability issues. The first experimental set-up showed an accuracy of 10-5 in refractive index-sensing and the final set-up showed a resolution of 0.25g/l in detection of glucose concentration in water while it is capable to improve its accuracy with some small modification.
Este trabajo evalúa un sensor basado en láser de nuevo desarrollo, con la capacidad de detectar pequeños cambios de índice de refracción. Actualmente, el estado de la técnica en alta precisión de detección de índice de refracción es el uso de sensores plasmónicos (SPR). Sin embargo, el alto costo, la complejidad y la sensibilidad de la puesta a punto de los sistemas basados en SPR no ha permitido aún su entrada en el mercado. Por otro lado, la técnica propuesta en este proyecto, basada en interferometría diferencial de autorrecombinación (DSMI), cuenta con ventajas de coste, estabilidad y compacidad respecto a los sensores SPR, de amplio uso en aplicaciones biológicas. Diferentes modelos teóricos y simulaciones desarrollados a lo largo de esta investigación se describen en detalle, mostrando que la técnica es capaz de medir el índice de refracción con una exactitud cercana a 10-7. Se han construido dos montajes experimentales para la validación del principio de medida a lo largo de esta Tesis, y se han realizado una serie de pruebas experimentales que han permitido analizar en detalle las limitaciones debidas a las condiciones de contorno. Los resultados muestran una buena concordancia entre teoría y experimento, con una reducción en el rendimiento teórico debido sobre todo a problemas de inestabilidad y de condiciones experimentales. El primer montaje experimental mostró una precisión de 10-5 en la medida del índice de refracción, y en el dispositivo final se mostró una resolución de 0.25 g/L en la detección de la concentración de glucosa en agua, con posibilidades de modificar su precisión con pequeñas modificaciones en el montaje.
Aquest treball avalua un sensor basat en làser de nou desenvolupament, amb la capacitat de detectar petits canvis d'índex de refracció. Actualment, l'estat de la tècnica en alta precisió de detecció d'índex de refracció és l'ús de sensors plasmònics (SPR). No obstant això, l'alt cost, la complexitat i la sensibilitat de la posada a punt dels sistemes basats en SPR no ha permès encara la seva entrada al mercat. D'altra banda, la tècnica proposada en aquest projecte, basada en interferometria diferencial de autorrecombinació (DSMI), compta amb avantatges de cost, estabilitat i compacitat respecte als sensors SPR, d'ampli ús en aplicacions biològiques. Diferents models teòrics i simulacions desenvolupats al llarg d'aquesta investigació es descriuen en detall, mostrant que la tècnica és capaç de mesurar l'índex de refracció amb una exactitud propera a 10-7. S'han construït dos muntatges experimentals per a la validació del principi de mesura al llarg d'aquesta Tesi, i s'han realitzat una sèrie de proves experimentals que han permès analitzar en detall les limitacions degudes a les condicions de contorn. Els resultats mostren una bona concordança entre teoria i experiment, amb una reducció en el rendiment teòric a causa sobretot de problemes d'inestabilitat i de condicions experimentals. El primer muntatge experimental va mostrar una precisió de 10-5 en la mesura de l'índex de refracció, i en el dispositiu final es va mostrar una resolució de 0.25 g / L en la detecció de la concentració de glucosa en aigua, amb possibilitats de modificar la seva precisió amb petites modificacions en el muntatge.
