Bestimmung der Erregung und Kupplung zwischen Lichtemittern und Oberflächen Plasmon Polaritonen

Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen zur Fluoreszenzverstärkung zu beantworten, wie z. B. die Oberflächenplasmonen-vermittelte Fluoreszenz. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die Anregungs- und Zerfallsprozesse der Oberflächenplasmonen-vermittelten Fluoreszenz vollständig im Frequenzbereich unterscheidet. Bereiten Sie ein Substrat für das periodische Array vor.

Verwenden Sie für dieses Experiment ein ein Quadratzentimeter großes Stück Glas. Reinigen Sie es in Ultraschallbädern aus Methanol und Aceton für jeweils 10 Minuten. Wenn Sie fertig sind, legen Sie es für eine Stunde auf eine 200 Grad Celsius heiße Platte.

Verdünnen Sie für die Schleuderbeschichtung den nativen Fotolack mit einem Verdünner und halten Sie die Adhäsionslösung bereit. Bewegen Sie das Glassubstrat in einen Schleuderbeschichter und geben Sie drei bis fünf Tropfen Adhäsionslösung darauf. Drehen Sie das Substrat 10 Sekunden lang mit 600 U/min und dann eine Minute lang mit 3.600 U/min.

Geben Sie anschließend fünf bis sieben Tropfen verdünnten Fotolack auf das Substrat. Schleudern Sie das Substrat 10 Sekunden lang bei 600 U/min und dann eine Minute lang bei 3.600 U/min. Wenn Sie fertig sind, bringen Sie die mit Schleudern beschichtete Probe auf eine 65 Grad Celsius heiße Platte und lassen Sie sie dort eine Minute lang.

Übertragen Sie dann die Probe auf eine 95 Grad Celsius heiße Platte und lassen Sie sie eine weitere Minute stehen. Nehmen Sie die Probe von der Heizplatte, um sie auf ein Lloyd's-Interferometer zu montieren. Der Aufbau verfügt über ein Prisma für einen Probenhalter, zu dem ein Spiegel senkrecht steht.

Verwenden Sie einen Tropfen Brechungsindex-passendes Öl auf die Probe, um sie am Prisma zu befestigen. Positionieren Sie die Probe so nah wie möglich am Spiegel. Belichten Sie die Probe in dieser Ausgangsausrichtung.

Um dann ein zweidimensionales quadratisches Gitter zu erstellen, drehen Sie die Probe um 90 Grad auf dem Prisma. Verwenden Sie die gleiche Belichtungszeit für eine zweite Belichtung. Legen Sie die Probe für zwei Minuten auf die 65 Grad Celsius heiße Platte.

Legen Sie es dann für zwei Minuten auf die 95 Grad Celsius heiße Platte. Tauchen Sie die Probe anschließend zwei Minuten lang unter kontinuierlichem Rühren in den Entwickler. Entnehmen Sie die Probe und tauchen Sie sie eine Minute lang in Isopropylalkohol, um die Rückstände zu spülen.

Arbeiten Sie mit einem HF-Sputterabscheidungssystem, um einen 100-Nanometer-Goldfilm auf die Probe aufzubringen. Sobald die Probe fertig ist, geben Sie sie und ein Styryl-8-Farbstoffpräparat zu einem Schleuderbeschichter. Geben Sie 0,2 Milliliter oder drei bis fünf Tropfen der Lösung auf die Probe.

Diese wird durch Schleudern beschichtet, um eine Dicke von etwa 80 Nanometern zu erzeugen. Verwenden Sie für die Reflektivitätsmessungen ein Goniometer. Dieses System verwendet breitbandiges weißes Licht von einer Quarzlampe.

Ein Multimode-Faserbündel überträgt das Licht zur Kollimation auf Face-to-Face-Objektive. Ein Polarisator und ein Shutter sind die nächsten auf dem Weg. Das Licht beleuchtet eine Probe auf einem Probentisch mit drei unabhängigen Rotationstischen.

Ein Detektionsanalysator befindet sich nach der Probenphase. Eine weitere Multimode-Faser sammelt die spiegelnde Reflexion der Probe, um sie an ein Spektrometer und eine CCD-Kamera zu übertragen. Richten Sie nach dem Ausrichten und Kalibrieren des Setups ein automatisiertes System zur Datenerfassung ein.

Verwenden Sie die Automatisierung, um verschiedene Einfallswinkel zu durchlaufen und die Reflexionsspektren zu erfassen. Für diese Messungen beträgt die Schrittweite des Einfallswinkels 0,5 Grad. Die Wellenlängenauflösung beträgt 0,66 Nanometer.

Um das orthogonale Reflexionsvermögen zu messen, ändern Sie die Einrichtung. Stellen Sie den einfallenden Polarisator auf 45 Grad in Bezug auf die einfallende Ebene ein. Stellen Sie den Analysator auf minus 45 Grad in Bezug auf die einfallende Ebene ein.

Fahren Sie mit einer weiteren automatisierten Messung fort. Photolumineszenzmessungen erfordern eine weitere Änderung des Setups. Ersetzen Sie die Breitband-Lichtquelle durch einen 633-Nanometer-Helium-Neon-Laser.

Platzieren Sie einen Laserlinienfilter vor dem Polarisator. Platzieren Sie außerdem eine Halbwellenplatte hinter dem Verschluss. Schließen Sie die Einrichtung ab, indem Sie den Analysator vor dem Spektrometer durch einen Kerbfilter ersetzen.

Führen Sie automatisierte Einfallsscans durch, indem Sie den Erfassungswinkel festlegen und den Einfallswinkel in Bezug auf die Probennormale variieren. Die Polaritonen des Oberflächenplasmons sind vom Einfallswinkel abhängig und werden selektiv angeregt. Führen Sie als Nächstes einen Detektionsscan durch, indem Sie den Einfallswinkel in Bezug auf die Probennormale festlegen und den Detektionswinkel variieren.

Dies ist das P-polarisierte Reflektivitätsmapping, das entlang der Gamma-X-Richtung des Goldarrays im Einschub aufgenommen wurde. Die gestrichelte Linie wird unter Verwendung der Phasenanpassungsgleichung berechnet und impliziert, dass M gleich minus eins und N gleich null ist, wenn Oberflächenplasmapolaritonen angeregt werden. Diese Reflektivitätskarte stammt aus der Zeit, in der sich Polarisator und Analysator in orthogonalen Positionen befinden.

Der Hintergrund ist jetzt Null, was durch das Blau der Farbkarte angezeigt wird. Die Reflektivitätsprofile haben Peaks in Grün anstelle von Einbrüchen, da nach dem Entfernen des Hintergrunds nur die Polaritonen des Oberflächenplasmas übrig bleiben. Dies ist das P-polarisierte Reflektivitätsmapping und das orthogonale Reflektivitätsmapping entlang des Gamma X für Cadmium, Selen, Tellurid, Quantenpunkt-dotiertes PVA-Polymer, das auf dem Array spinbeschichtet ist.

Zusätzlich finden Sie hier Daten für die Einfalls- und Detektionswinkel-Photolumineszenzmessungen. Die Daten können verwendet werden, um die Anregungs- und Kopplungsraten zwischen Lichtemittern und residenten Hohlräumen zu bestimmen. Obwohl diese Methode Einblicke in die Fluoreszenzverstärkung durch periodische Arrays geben kann, kann sie auch auf andere Systeme wie Metamaterialien und photonische Kristalle angewendet werden.

Einmal gemeistert, kann diese Technik in drei Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, die Ausrichtung des Array-Setups sowie die Polarisation und die Winkel der Reflektivitätsspektrographie zu überprüfen. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Photolumineszenz, um die durch Oberflächenplasma verstärkte Fluoreszenz im Bereich der Harzverstärkung zu erforschen.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die Anregung und die Kopplungsrate zwischen Lichtemittern und den Oberflächenplasmapolaritonen, die von periodischen Arrays ausgehen, bestimmen können.