Uyarma ve oranları arasında ışık Emitters ve yüzey Plasmon Polaritons kaplin belirlenmesi
Summary
Bu iletişim kuralı için uyarma belirlenmesi ve oranları Bloch benzeri yüzey plasmon polaritons periyodik diziler doğan arasındaki ışık yayıcılar kaplin araçları açıklar.
Abstract
Uyarma ve metalik periyodik diziler zaman çözüldü teknikleri içeren olmadan doğan oranları arasında ışık yayıcılar ve yüzey plasmon polaritons (SPP’ler) kaplin ölçmek için benzersiz bir yöntem geliştirdik. Biz oranları basit optik ölçümler tarafından ölçülen miktarlarda tarafından formüle. Açı ve polarizasyon çözüldü yansıtırlık ve photoluminescence spektroskopisi temel araçları burada ayrıntılı olarak açıklanacaktır. Bizim rutin optik ve mekanik aşamalarında birkaç gerektirir ve böylece araştırma laboratuvarları çoğu için son derece uygun fiyatlı olan basitliği nedeniyle ilginç bir yaklaşımdır.
Introduction
Yüzey plasmon aracılı Floresan (SPMF) büyük ilgi aldı Geçenlerde1,2,3,4,5,6. Yakın bir Plazmonik sistemi hafif yayıcılar yerleştirildiğinde, enerji yayıcılar ve yüzey plasmon polaritons (SPP’ler) arasında aktarılabilir. Genel olarak, güçlü Plazmonik alanları şiddetle yayıcılar2uyarma geliştirebilirsiniz. Aynı zamanda, emisyon oranı da büyük yoğunluk-of-bilinen Purcell etkisi3verimli SPP’ler tarafından oluşturulan Birleşik nedeniyle arttırılır. Bu iki süreç SPMF üreten elinde çalışır. Şu anda yoğun soruşturma altında SPMF katı hal aydınlatma1,4,5ve biyo-algılama6, hasat enerji çok sayıda uygulamaları teşvik vardır gibi. Özellikle, enerji aktarım hızlarını SPP’ler yayımlayıcıları ve tersi, Yani, üzerinden bilgi uyarma fiyatlar, kaplin ise büyük önem taşımaktadır. Ancak, uyarma ve emisyon işlemleri genellikle birlikte dolaşmış, bu yönü üzerinde çalışma hala eksik. Örneğin, çalışmaların en sadece sadece emisyon ve SPP’ler7olmadan karşılaştırır uyarma verimlilik oranı belirler. Uyarma oranı tam ölçüm yok. Öte yandan, geleneksel zaman-gibi floresan ömür boyu Spektroskopi teknikleri rutin emisyon işlemi dinamikleri eğitimi için kullanılır, ancak bağlantı hızı toplam çürüme oranı8ayrı edemiyoruz çözüldü. Burada, biz nasıl kimse onları hızı denklemi modeli ve zamansal eşleşmiş modu teori9,10birleştirerek belirleyebilirsiniz açıklar. Dikkat çekici, hangi-ebilmek var giriş açısı ve polarizasyon çözüldü yansıtırlık ve photoluminescence spektroskopisi gerçekleştirerek ölçülebilir miktarları açısından uyarma ve oranları kaplin ifade edilebilir bulmak. Biz ilk formülasyonu anahat ve araçları ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Bu yaklaşım tamamen frekans etki alanı tabanlı ve o does değil istemek gibi ultra-hızlı lazerler ve pahalı ve bazen8, uygulamak zor ilişkili süre tek foton sayaçları, herhangi bir zaman karar vermek aksesuarları edilmiştir 11. biz uyarma belirleme ve oranları rezonans boşlukları arasındaki ışık yayıcılar kaplin için sağlayan bir teknoloji olması için bu tekniği bekliyorlar.
Periyodik sistemlerindeki SPMF burada hakkında bilgi verdi. Nerede Bloch gibi SPP’ler oluşturulabilir, doğrudan uyarma ve emisyon, dışında uyarma verimliliği η ve spontane emisyon oranı Γrtarafından karakterizedir, periyodik bir Plazmonik sistemi için gelen SPP’ler tarafından yayımlayıcıları heyecanlı ve giden SPP’ler çürüme. Başka bir deyişle, rezonans uyarma altında gelen SPP’ler yayımlayıcıları enerji güçlü Plazmonik alanları oluşturmak için oluşturulur. Yayımlayıcıları heyecanlı olduğunda, onlardan enerji için gelişmiş emisyon sebebiyet veren hangi daha sonra radiatively uzakta-tarla için dağıtmak, giden SPP’ler, aktarılabilir. Onlar SPMF tanımlar. Geri devletlere zemin foton emisyon tanımlanan dalga boylarında, eşlik, elektron çürüme emisyon tanımlar, ancak basit iki düzeyli yayıcılar için uyarma elektron artan geçiş heyecanlı Birleşik yere ifade eder heyecanlı ve zemin durumlarındaki enerji fark tarafından. Uyarma ve emisyon SPMF için gelen ve giden SPP’ler9 heyecanlandırmak için Denklem eşleşen tanınmış faz yerine getirmek için gerekli koşullar
(1)
Burada εbir ve εm dielektrik ve metal dielektrik sabitleri vardır, θ ve φ olay ve azimut açıları vardır, P dizi dönemidir, λ uyarma veya emisyon dalga boyu ve m ve n sırasını belirten tamsayı vardır SPP’ler. Uyarma için lazer ışını uçak-wavevector Bragg dağınık gelen SPP’ler ile ivme maç için ve θ ve φ birlikte, elektronik emilimi artırmak için SPP’ler heyecan verici için belirtilen olay yapılandırmasını tanımlayan olacak uyarma dalga boyu λex. Aynı şekilde, emisyon için giden SPP’ler reversely ışık satırıyla eşleşecek şekilde Bragg dağınık ve açıları, şimdiemdalga boyu λ emisyon mümkün emisyon salgılarını temsil olacak. Ancak, kaydetti yayıcılar için vektörel yayılıyor SPP’ler ile enerji çift gibi 
aynı büyüklükte olan 
ama SPP’ler farklı yönlere, çürüme (m, n) çeşitli kombinasyonu için uzakta-tarla aşağıdaki EQ (1) üzerinden.
Hızı denklemi modeli ve zamansal eşleşmiş modu teorisi (CMT) kullanarak, bu uyarma oranı Γex, Yani, SPP’ler gelen enerji aktarım hızı yayımlayıcılarına bulmak,9,12,13 ifade edilebilir
(2)
η gelen SPP’ler yokluğu söz konusu doğrudan uyarma oranıdır, Γtot gelen SPP’ler toplam çürüme oranı nerede 
hangi Γabs ve Γrad içinden emme ve SPP’ler, ışınımsal çürüme oranları olduğunu ve 
photoluminescence güç oranı ve gelen SPP’ler olmadan. Öte yandan, bağlantı hızı Γc, Yani, SPP’ler için yayıcılar gelen enerji aktarım hızı olarak yazılabilir:
(3)
Γr doğrudan emisyon oranı, olduğu yerde 
photoluminescence güç oranı arasında αth SPP aracılı çürüme ve doğrudan bağlantı noktaları ve Γradα ve Γtot αinci liman için ışınımsal çürüme oranları ve toplam çürüme oranları. Biz tüm SPP çürüme oranları yansıtırlık spektroskopisi tarafından ölçülebilir iken, emisyon güç oranı photoluminescence spektroskopisi tarafından tespit edilebilir göreceksiniz. Formülasyonları ayrıntılarını başvuru9,10dakika sonra bulunabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokol için birkaç önemli adım vardır. İlk, mekanik sağlamlık örnek hazırlık çok önemlidir. Duran dalga Lloyd’un Kur tarafından üretilen iki aydınlatma ışını arasındaki faz farkı duyarlıdır. Bu nedenle, pozlama süresi sırasında herhangi bir titreşim homojenlik ve kenar nanohole netliğini düşer. Bir titreşim özgür ortamı, Örneğin, titreşim yalıtım destekler optik bir tabloyla çalışmak için önerilir. Buna ek olarak, yüksek güçte lazer de buna göre pozlama süre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma yoluyla doğrudan hibe 4053077 ve 4441179, RGC rekabet ayrılan araştırma hibe, 402812 ve 14304314, Hong Kong Çin Üniversitesi tarafından desteklenen ve alan, mükemmellik AoE/P-02/12.
Materials
| SU-8 | MicroChem | SU-8 2000.5 | |
| Adhesion solution | MicroChem | Omnicoat | |
| SU-8 Thinner (Gamma-Butyrolactone) | MicroChem | SU-8 2000 Thinner | |
| SU-8 Developer | MicroChem | SU-8 Developer | |
| Spin Coater | Chemat Technology | KW-4A | |
| HeCd laser | KIMMON KOHA CO., LTd | IK3552R-G | |
| Shutter | Thorlabs | SH05 | |
| Objective for sample preparation | Newport | U-13X | |
| Pinhole | Newport | PNH-50 | |
| Iris | Newport | M-DI47.50 | |
| Prism | Thorlabs | PS611 | |
| Rotation stage for sample preparation | Newport | 481-A | |
| Supttering Deposition System | Homemade | ||
| Rotation Stage 1 | Newport | URM80ACC | |
| Rotation Stage 2 | Newport | RV120PP | |
| Rotation Stage 3 | Newport | SR50PP | |
| Detection arm | Homemade | ||
| Quartz lamp | Newport | 66884 | |
| Fiber Bundle | Newport | 77578 | |
| Objective for measurement | Newport | M-5X & M-60X | |
| Polarizer & Analyzer | Thorlabs | GT15 | |
| Multimode Fiber | Thorlabs | BFL105LS02 | |
| Spectrometer | Newport | MS260i | |
| CCD | Andor | DV420-OE | |
| 514nm Argon Ion Laser | Spectra-Physics | 177-G01 | |
| 633nm HeNe Laser | Newport | R-32413 | |
| CdSeTe quantum dot | Thermo Fisher Scientific | q21061mp | |
| Polyvinyl alcohol polymer (PVA) | SIGMA-ALDRICH | 363073 | |
| Control program | National Instruments | LabVIEW |
References
- Okamoto, K., et al. Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells. Nature Materials. 3 (9), 601-605 (2004).
- Akselrod, G. M., et al. Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors. Nano Letters. 15 (5), 3578-3584 (2015).
- Gontijo, I., et al. Coupling of InGaN quantum-well photoluminescence to silver surface plasmons. Physical Review B. 60 (16), 11564 (1999).
- Huang, K. C. Y., et al. Antenna electrodes for controlling electroluminescence. Nature Communications. 3, 1005 (2012).
- Atwater, H. A., Polman, A. Plasmonics for improved photovoltaic devices. Nature Materials. 9 (3), 205-213 (2010).
- Anker, J. N., et al. Biosensing with plasmonic nanosensors. Nature Materials. 7 (6), 442-453 (2008).
- Chen, Y., et al. Excitation enhancement of CdSe quantum dots by single metal nanoparticles. Applied Physics Letters. 93 (5), 053106 (2008).
- Birowosuto, M. D., Skipetrov, S. E., Vos, W. L., Mosk, A. P. Observation of Spatial Fluctuations of the Local Density of States in Random Photonic Media. Physical Review Letters. 105 (1), 013904 (2010).
- Cao, Z. L., Ong, H. C. Determination of coupling rate of light emitter to surface plasmon polaritons supported on nanohole array. Applied Physics Letters. 102 (24), 241109 (2013).
- Lin, M., Cao, Z. L., Ong, H. C. Determination of the excitation rate of quantum dots mediated by momentum-resolved Bloch-like surface plasmon polaritons. Optics Express. 25 (6), 6029-6103 (2017).
- Nikolaev, I. S., Lodahl, P., Driel, A. F. V., Koenderink, A. F., Vos, W. L. Strongly nonexponential time-resolved fluorescence of quantum-dot ensembles in three-dimensional photonic crystals. Physical Review B. 75 (11), 115302 (2007).
- Cao, Z. L., Lo, H. Y., Ong, H. C. Determination of absorption and radiative decay rates of surface plasmon polaritons from nanohole array. Optics Letters. 37 (24), 5166-5168 (2012).
- Haus, H. A. . Waves and Fields in Optoelectronics. , (1984).
