方法文章

光发射体与表面等离激元极化激元之间激发和耦合速率的测定

DOI：

10.3791/56735

⸱

2018年7月21日

 ,  , 
1State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies and Guangdong Province Key Laboratory of Display Material and Technology, School of Physics and Engineering, Sun Yat-sen University, 2Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本方案描述了用于测定光发射体与源于周期性阵列的类布洛赫表面等离激元激子之间激发和耦合速率的仪器方法。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

我们开发了一种独特的方法，用于测量光发射体与金属周期性阵列激发的表面等离激元极化激元（SPPs）之间的激发和耦合速率，且无需使用时间分辨技术。我们已将这些速率表示为可通过简单光学测量获得的物理量。本文将详细描述基于角度和偏振分辨反射率以及光致发光光谱的实验装置。该方法因其简便性而具有吸引力，仅需常规光学元件和若干机械平台，因此绝大多数研究实验室均可负担。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

表面等离子体共振介导的荧光（SPMF）近年来受到广泛关注1,2,3,4,5,6当发光体被置于等离激元体系附近时，能量可在发光体与表面等离激元极化激元（SPPs）之间发生转移。通常情况下，强烈的等离激元场可显著增强发光体的激发。2同时，由于表面等离激元（SPPs）产生的态密度显著增加，发射速率也随之提高，从而产生著名的珀塞尔效应。3这两个过程协同作用，共同生成SPMF。由于SPMF在固态照明领域已激发了众多应用1,4能量收集5，以及生物检测6目前正受到广泛深入的研究，特别是关于表面等离激元（SPPs）与发射体之间能量传递速率的研究，包括从SPPs到发射体以及反向的能量传递过程。 即， 激发和耦合速率具有重要意义。然而，激....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 干涉光刻的设置

注意：采用干涉光刻技术制备周期性阵列12。如图1所示，其示意图装置构建如下：

  1. 将HeCd多模激光器的325 nm激光聚焦至13倍紫外物镜，并通过基于50 μm针孔的空间滤波器进行模式净化。
  2. 放置两个直径为2.5 cm的光阑，间距30 cm，以进一步过滤发散光的中心区域。在第二个光阑之后，光束直径为2.5 cm，并随距离增加非常缓慢， < 在距离第二虹膜1米处，光束直径为3 cm。假设光线近乎准直。
    注意：用肉眼检查时，第二个虹膜的输出应均匀一致。
  3. 将准直光束引导至劳埃德镜干涉仪。该劳埃德装置包含一个基于棱镜的样品台，以及一块垂直于其放置的5.04 cm反射镜。直接照明光与反射光共同在样品表面形成稳定的驻波，用于图案化。该棱镜起到抗反射装置的作用。
    注意：驻波的周期 P 可表示为：

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Au 周期性阵列的一个示例见 图4a8 的插图。平面扫描电镜图像显示，该样品为二维正方晶格圆形孔洞阵列，周期为 510 nm，孔深为 280 nm，孔径为 140 nm。沿 Γ-X 方向测得的 p 偏振反射率分布如 图4a 所示。虚线是根据相位匹配方程（公式 (1)）计算得到的，表明激发了 (m = -1, n = 0) 表面等离激元（SPPs）。

当起偏器和检偏器设置为正交位置时，相应的反射率映射如图4b所示。可以看出，该映射与线偏振映射几乎相同，只是由于检偏器消除了非共振反射，背景信号现在变为零。此外，由于背景被消除后仅剩表面等离激元（SPP）辐射阻尼，反射率曲线的特征由下陷转变为峰形。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

在本实验方案中，有几个关键步骤。首先，样品制备过程中的机械稳定性至关重要。劳埃德镜装置产生的驻波对两束照明光之间的相位差极为敏感。因此，在曝光期间任何振动都会降低纳米孔的均匀性和边缘锐度。强烈建议在无振动环境中操作，例如，使用带有隔振支撑的光学平台。此外，采用高功率激光器也有助于减少振动，因为它可相应地缩短曝光时间。其次，步骤1.1中的针孔必须适当选择。针孔尺寸应足够小以实现模式净化，同时又足够大，以在另一侧传输足够的曝光功率。我们推荐对HeCd多模激光器使用50 μm针孔和13倍物镜。第三，需注意正交反射率的洛伦兹线型仅在rp≈ rs时成立，其中rp和rs分别为p偏振和s偏振照明下的非共振反射率12。然而，对于以掠入射角照射的纳米孔阵列或某些各向异性超材料，rp与rs之间的差异不可忽略，此时反射率表达式为

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究由香港中文大学通过直接资助项目4053077和4441179、研究资助局竞争性专项研究资助402812和14304314，以及卓越领域计划AoE/P-02/12提供支持。

....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
SU-8MicroChemSU-8 2000.5
黏附溶液MicroChemOmnicoat
SU-8 稀释剂（γ-丁内酯）MicroChemSU-8 2000 稀释剂
SU-8 显影液MicroChemSU-8 显影液
旋涂仪Chemat 技术KW-4A
HeCd 激光器KIMMON KOHA CO., LTdIK3552R-G
快门ThorlabsSH05
样品制备的目标纽波特U-13X
针孔纽波特PNH-50
虹膜纽波特M-DI47.50
PrismThorlabsPS611
用于样品制备的旋转台纽波特481-A
溅射沉积系统自制
旋转平台 1纽波特URM80ACC
旋转台 2纽波特RV120PP
旋转台 3纽波特SR50PP
检测臂自制
石英灯纽波特66884
光纤束纽波特77578
测量目的纽波特M-5X & M-60X
偏振片 &和分析仪ThorlabsGT15
多模光纤ThorlabsBFL105LS02
光谱仪纽波特MS260i
CCDAndorDV420-OE
514nm 氩离子激光器Spectra-Physics177-G01
633 nm HeNe 激光器纽波特R-32413
CdSeTe 量子点赛默飞世尔科技q21061mp
聚乙烯醇聚合物（PVA）SIGMA-ALDRICH363073
控制程序国家仪器公司LabVIEW

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Okamoto, K., et al. Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells. Nature Materials. 3 (9), 601-605 (2004).
  2. Akselrod, G. M., et al. Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors.<....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表

申请许可

标签

相关文章