Name: Bestimmung der Erregung und Kupplung zwischen Lichtemittern und Oberflächen Plasmon Polaritonen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-21T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 39 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie Erregungs- und Kopplungsraten zwischen Lichtemittern und Oberflächen-Plasmon-Polaritonen in metallischen periodischen Arrays mit winkel- und polarisationsaufgelöster Spektroskopie bestimmen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Diese Forschung wurde unterstützt von der Chinese University of Hong Kong durch direkte Zuschüsse-4053077 und 4441179, RGC Wettbewerb vorgesehen Forschungsstipendien, 402812 und 14304314, und Bereich der Exzellenz AoE/P-02/12.

1. Setup der Interferenz Lithographie
Hinweis: Interferenz Lithographie wird verwendet, um die periodische Arrays12zu fabrizieren. Der schematische Aufbau ist wie in Abbildung 1dargestellt ist wie folgt aufgebaut:
<ol><li>Konzentrieren Sie sich die 325 nm Laser aus einem multimode HeCd-Laser, ein 13 X UV Objektiv und übergeben es durch eine Lochblende 50 μm räumliche Filter für Reinigung Modus basiert.</li>
	<li>Legen Sie zwei 2,5 cm Durchmesser IRIS 30 cm auseinander um die Zentralregion der divergierenden Licht weiter zu filtern. Nach der zweiten Iris der Strahldurchmesser entspricht 2,5 cm und mit Abstand, die &lt; 3 cm in 1 m Abstand von der zweiten Iris ist sehr langsam erhöht. Wird angenommen, dass das Licht fast kollimiert werden. Hinweis: Die Ausgabe von zweiten Iris sollte einheitlich bei bloßem Auge kontrolliert werden.</li>
	<li>Steuern Sie den kollimierten Strahl auf ein Lloyd-Spiegel-Interferometer. Der Lloyd's-Setup enthält ein Prisma-basierte Probenhalter und eine 5,04 cm Spiegel positioniert senkrecht dazu. Die direkten und reflektierten Illuminationen bilden zusammen eine stabile stehende Welle entlang der Oberfläche der Probe für Musterung. Das Prisma fungiert als Antireflex-Gerät. Hinweis: Die Periode P der stehenden Welle kann als geschrieben werden: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq9.jpg"> , wo λ = 325 nm und α ist der Einfallswinkel in Bezug auf Probe Normal, wie in Abbildung 1dargestellt ist. Der Einfallswinkel kann durch Drehen der Lloyd's-Setup eingestellt werden.</li>
</ol>2. periodische Array Vorbereitung
Hinweis: Die Probe wird unter dem Standardverfahren empfohlen vom Hersteller vorbereitet. Alle Verfahren werden bei Raumtemperatur durchgeführt.
<ol><li>Verwenden Sie ein Glassubstrat 1 cm2 . Reinigen Sie das Glas mit Methanol und Aceton für 10 min in ein Ultraschallbad und dann auf einer heißen Platte bei 200 ° C für 1 h um Schmutz zu entfernen Vorbacken.</li>
	<li>Spin-Mantel das Glassubstrat mit einer 5 nm dicken Adhäsion Schicht und einer 100 nm Dicke negative SU-8 Fotolack mit einer Zweiklassen-Spin-Coater.<ol>
<li>Die SU-8 Fotolack mit Gamma-Butyrolacton in einem Verhältnis von 1:5 (V/V) zu verdünnen, so dass die Dicke nahezu 100 gesteuert werden kann nm nach Spin-Coating.</li>
		<li>3-5 Tropfen (0,2 mL) Haftung-Lösung auf dem Glassubstrat und Spin bei 600 u/min für 10 s und 3600 u/min für 1 min, nacheinander zu verzichten.</li>
		<li>Wiederholen Sie Schritt 2.2.2 mit 5-7 (0,3 mL) Tropfen verdünnter SU-8 aus Schritt 2.2.1 mit der gleichen Geschwindigkeit. Hinweis: Die Adhäsion Schicht verbessert die Haftung zwischen dem Glassubstrat und den Fotolack, so dass der Fotolack während der Entwicklung nicht abziehen würde. Die Dicke der Schicht SU-8 wird durch die Konzentration und die Geschwindigkeit der Spin Coater gesteuert.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Die Probe auf 65 ° C und 95 ° C Kochplatten für 1 min Prebake. Öfen sind hier nicht zu empfehlen.</li>
	<li>Übertragen Sie die Probe auf das Prisma in das Interferometer. Geben Sie einen Tropfen des Brechungsindex passende Öl (n = 1,45) die Probe auf das Prisma zu befestigen. Legen Sie es möglichst nahe an den Spiegel wie möglich. Hinweis: Die Probe ist auf Prismenoberfläche aufgrund der Oberflächenspannung des Öls beigefügt. Der Brechungsindex des Öls ist gewählt, um das gleiche wie Prisma und Glas Substrat zurück Reflexion von Störungen zu beseitigen.</li>
	<li>Für einen zweidimensionalen quadratischen Gitter aussetzen der Stichprobe zweimal mit der gleichen Belichtungszeit aber orthogonale Richtungen; Das heißt, setzen Sie die Probe und drehen Sie ihn um 90° für die zweite Belichtung. Wenn der Fotolack ein 325 nm Licht ausgesetzt ist es vernetzt und kann nicht durch den SU-8 Entwickler aufgelöst werden. Hinweis: Der Durchmesser D des Arrays kann durch Anpassen der Belichtungszeit gesteuert werden.</li>
	<li>Backen Sie hart die Probe bei 65 ° C und 95 ° C für 2 min Film Rissbildung zu verhindern.</li>
	<li>Tauchen Sie die gesamte Probe im Entwickler für 2 min. unter ständigen rühren den unbelichteten Bereich aufzulösen.</li>
	<li>Eintauchen der Probe in Isopropyl-Alkohol für 1 min die Residuen spülen und dann mit Druckluft trocknen. Ein Nanohole Array wird dann hergestellt.</li>
</ol>3. gold Film Deposition und Lichtemitter Beschichtung
<ol><li>Legen Sie die Probe auf der Probenhalter für die Radio-Frequenz-Magnetron Sputtern Ablagerung System mit doppelseitigem Klebeband für Au Film Ablagerung.</li>
	<li>Die Kammer, eine 2 x 10-6 Torr Basisdruck mittels einer Turbomolekularpumpe Pumpe Abpumpen und dann wieder mit 6 x 10-3 Torr ultrahohe Reinheit Ar Gas füllen.</li>
	<li>Verwenden Sie ein 5 cm Durchmesser 99,9 % Au Ziel und legen Sie eine Verschlusszeit zwischen der Probe und dem Ziel. Nutzen Sie low-Power (50 W), um die Abscheiderate zu reduzieren sowie die Rauheit der Oberfläche. Mit dem Verschluss verschlossen Pre-sputter-das Ziel für 10 min um Schmutz zu entfernen.</li>
	<li>Öffnen Sie den Auslöser, um die Abscheidung bei Raumtemperatur für 20 min zu verarbeiten. Eine Schichtdicke von 100 nm lagert sich regelmäßig um sicherzustellen, dass das plasmonische System optisch dick mit keine Übertragung ist.</li>
	<li>Sobald die Probe bereit, Punkte Spin-Mantel die Licht emittierende Materialien wie organischen Farbstoffen oder Quanten auf der Metalloberfläche bilden eine dünne Schicht der Dielektrika.<ol>
<li>Lösen Sie für die Styryl 8 Farbstoff verwendet in der Referenz920 µg von Styryl 8 und 500 µg Polymer Polyvinylalkohol (PVA) 5 mL Methanol auf.</li>
		<li>3-5 Tropfen (0,2 mL) der Farbstofflösung auf die Probe zu verzichten und mit 600 u/min für 10 s und 3600 u/min für 1 min nacheinander drehen. Die Dicke wird geschätzt, dass 80 nm. Hinweis: Wasser lösliche oder unlösliche Polymer kann als Verankerungsmaterial abhängig von der Art des emittierenden Materials verwendet werden. Das Polymer sollte nicht emissiven jedoch so, dass es die Photolumineszenz-Messungen nicht stören würde. Polymer Polyvinylalkohol (PVA) wird empfohlen, zum Auflösen wasserlösliche Farbstoffe wie z. B. Rhodamin 6 G und Styryl 8.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Reflektivität Messungen zur Bestimmung der SPP-Decay-Tarife
Hinweis: Die Polarisation und Winkel gelöst Reflektivität Spektroskopie Setup ist in Abbildung 2dargestellt. Es besteht aus einem Goniometer mit drei Drehtische für selbständig ändern die Probe Ausrichtung (Stufe 1) sowie Erfassungswinkel (Stufe 2) und der Probe azimutalen Winkel (Stufe 3).
<ol><li>Verwenden Sie ein Breitband-weißes Licht aus einer Quarzlampe als Lichtquelle. Zunächst an einem multimode Faserbündel koppeln Sie an und dann lassen Sie es durch ein paar von kollinearen von Angesicht zu Angesicht Objektive (5 X und 60 X). Beleuchten Sie den Lichtstrahl auf die Probe in verschiedenen einfallenden Winkeln durch Ändern der Ausrichtung der Probe. Legen Sie ein paar Vorfall Polarisator und Analysator Erkennung, vor und nach der Probe für Polarisation abhängige Messungen. Hinweis: Die Ziele von Angesicht zu Angesicht fungieren als ein Linsensystem, das bündelt und erweitert die weiße Lichtquelle von der multimode-Faser.</li>
	<li>Verwenden Sie eine multimode-Faser, um die spiegelnde Reflexion aus der Probe zu sammeln, die mit einem Spektrometer und ein CCD-Detektor für Spektroskopie verbunden ist.</li>
	<li>Richten Sie das Setup sorgfältig, um sicherzustellen, dass die Orientierung Probentisch und Erkennung Drehtische sind konzentrische, dh., deren Drehachsen sind kollinear.</li>
	<li>Kalibrieren Sie das Setup mit einem flachen Au Film. Messen Sie die Reflexion Spektren in verschiedenen einfallenden Winkeln zu und vergleichen sie mit den theoretischen Reflexion Spektren von Fresnel Gleichungen mit Hilfe einer bekannten Au dielektrischen Funktion berechnet. Die zwei Sätze von Daten sollte mit weniger als 5 % der Fehler übereinstimmen.</li>
	<li>Sobald das Setup fertig ist, Messen Sie die linear polarisierte, p oder s, Reflexion Spektren der Probe in verschiedenen einfallenden Winkeln. Die Schrittweite der Auftreffwinkel beträgt 0,5 ° und die Wellenlänge Auflösung beträgt 0,66 nm. Um die Spektren unter mehreren einfallenden Winkeln zu sammeln, ist ein Steuerprogramm für Automatisierung, einschließlich mechanische Bewegung, Rollladensteuerung, Datenerfassung, Hintergrundabzug usw.geschrieben. Hinweis: Dieser Schritt ist rechnerisch durchgeführt. Das Programm ist auf Anfrage erhältlich. Bitte senden Sie eine e-Mail an den entsprechenden Autor für den Quellcode bei Bedarf.</li>
	<li>Kontur zeichnen die Reflektivität vs. Wellenlänge und Vorfall Winkel um die Dispersion Relation des plasmonische Systems zur Identifizierung und Verfall tariffindung Modus zu erhalten. Hinweis: Die Probe azimutalen Winkel ist die Position in der Brillouin-Zone zu finden. Z. B. für quadratische Gitter Probe, drehen Sie die Probe azimuthally damit seine Zeiten die einfallende Ebene parallel gehört und Γ-X-Richtung definiert. Drehen Sie die Probe um 45° zum Definieren der Richtung Γ-M.</li>
	<li>Wenn der Vorfall polarisiert bei 45° in Bezug auf die einfallende Ebene festgelegt ist und der Analysator bei-45 ist °, Messen Sie die orthogonal oder Kreuz-polarisiert, Reflektivität Zuordnung.</li>
	<li>Extrahieren Sie die p-polarisierten und orthogonale Spiegelung Spektren zu und passen sie mithilfe von CMT9,12,13, wie beschrieben in der Diskussion um den Zerfall der SPPs zu bestimmen.</li>
</ol>5. Photolumineszenz Messungen zur Feststellung der Emissionen-Leistungs-Verhältnis
Hinweis: Die Winkel und Polarisation gelöst Photolumineszenz-Setup ist in Abbildung 3dargestellt.
<ol><li>Ersetzen Sie die Breitband-Lichtquelle mit 514 nm Argon-Ionen- oder 633 nm HeNe-Laser. Verwenden Sie ein Laser-Netzfilter mit voller Breite die Hälfte maximal (FWHM) weniger als 5 nm, reinigen Sie die Laser Spektral und setzen eine Halbwellen-Platte um den Polarisationszustand des Laserstrahls zu steuern. Das Goniometer und der Detektionseinheit bleiben unverändert. Legen Sie einen Notch-Filter vor der Detektionseinheit Laserlinie, entfernen, die die Lumineszenz vergräbt. Hinweis: Die Wellenlänge des Lasers hängt von der Art der emittierenden Materialien. Höhere Photonenenergie ist erforderlich, um das Material mit kürzeren Emissionswellenlänge begeistern.</li>
	<li>Um die Emission-Leistungs-Verhältnis für GL. (2) &amp; (3) zu messen, führen zwei Arten von Messungen: die Erkennung und Vorfall Scans. Das Zusammenspiel zwischen den Vorfall und Erkennung Scans bei der Bestimmung helfen <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> , <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> , <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> , und <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq13.jpg"> .</li>
	<li>Für den Vorfall Scan verändern sich ständig der Einfallswinkel aber Erfassungswinkel in Bezug auf die normale Probe zu beheben. Hinweis: Dieser Schritt ist rechnerisch durchgeführt. Diese Konfiguration regt gezielt die eingehenden SPPs, die Einfallswinkel abhängig, während die Variation der Emission unter der gewählten Erfassungswinkel Überwachung sind. Das heißt, erhöht die Emission, wenn der Einfallswinkel die Phase matching Gleichung in GL. (1) erfüllt.<ol>
<li>Kontur zeichnen die Photolumineszenz Spektren gegen Wellenlänge und der Einfallswinkel für die einfallenden Scan-Zuordnung. Die Zuordnungen für die verschiedenen Winkel zu messen, aber die relativen Intensitäten sind gleich gefunden. Daher der einfallende Scan Sonden die Wirkung von eingehenden SPPs auf die Emission oder einfach die Erregung-Erweiterung, die uns erlaubt, zu messen <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> und <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> .</li>
	</ol>
</li>
	<li>Für die Erkennung Scan der Einfallswinkel in Bezug auf die normale Probe zu beheben, aber der Erfassungswinkel variieren. Hinweis: Dieser Schritt ist rechnerisch durchgeführt.<ol>
<li>In ähnlicher Weise Kontur plot die Photolumineszenz-Spektren mit Wellenlänge und Erkennung Winkel Erträgen die Erkennung Scannen zuordnen. Wie die SPP-Emission von Strahlung Dämpfung der SPPs entsteht, ist die Emission stark Erfassungswinkel angewiesen. Daher steigt die Emission unter konstanter Erregung, wenn der Erfassungswinkel GL. (1) erfüllt. Diese Konfiguration Sonden die Emission-Erweiterung und ermöglicht es uns, festzustellen, <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> für unterschiedliche αth bestellen, solange es gut definierte Erkennung Winkel Abhängigkeit hat.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Okamoto, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-plasmon-enhanced+light+emitters+based+on+InGaN+quantum+wells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells.</a> Nature Materials. 3 (9), 601-605 (2004).</li>
<li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leveraging+Nanocavity+Harmonics+for+Control+of+Optical+Processes+in+2D+Semiconductors%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors.</a> Nano Letters. 15 (5), 3578-3584 (2015).</li>
<li>Gontijo, I., et al. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.60.11564">Coupling of InGaN quantum-well photoluminescence to silver surface plasmons.</a> Physical Review B. 60 (16), 11564(1999).</li>
<li>Huang, K. C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antenna+electrodes+for+controlling+electroluminescence%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Antenna electrodes for controlling electroluminescence.</a> Nature Communications. 3, 1005(2012).</li>
<li>Atwater, H. A., Polman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics+for+improved+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Plasmonics for improved photovoltaic devices.</a> Nature Materials. 9 (3), 205-213 (2010).</li>
<li>Anker, J. N., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nmat2162">Biosensing with plasmonic nanosensors.</a> Nature Materials. 7 (6), 442-453 (2008).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.2956391">Excitation enhancement of CdSe quantum dots by single metal nanoparticles.</a> Applied Physics Letters. 93 (5), 053106(2008).</li>
<li>Birowosuto, M. D., Skipetrov, S. E., Vos, W. L., Mosk, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+Spatial+Fluctuations+of+the+Local+Density+of+States+in+Random+Photonic+Media%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Observation of Spatial Fluctuations of the Local Density of States in Random Photonic Media.</a> Physical Review Letters. 105 (1), 013904(2010).</li>
<li>Cao, Z. L., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4811749">Determination of coupling rate of light emitter to surface plasmon polaritons supported on nanohole array.</a> Applied Physics Letters. 102 (24), 241109(2013).</li>
<li>Lin, M., Cao, Z. L., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+excitation+rate+of+quantum+dots+mediated+by+momentum-resolved+Bloch-like+surface+plasmon+polaritons%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Determination of the excitation rate of quantum dots mediated by momentum-resolved Bloch-like surface plasmon polaritons.</a> Optics Express. 25 (6), 6029-6103 (2017).</li>
<li>Nikolaev, I. S., Lodahl, P., Driel, A. F. V., Koenderink, A. F., Vos, W. L. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.75.115302">Strongly nonexponential time-resolved fluorescence of quantum-dot ensembles in three-dimensional photonic crystals.</a> Physical Review B. 75 (11), 115302(2007).</li>
<li>Cao, Z. L., Lo, H. Y., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+absorption+and+radiative+decay+rates+of+surface+plasmon+polaritons+from+nanohole+array%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Determination of absorption and radiative decay rates of surface plasmon polaritons from nanohole array.</a> Optics Letters. 37 (24), 5166-5168 (2012).</li>
<li>Haus, H. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHaus%2C+HA+%22Waves+and+Fields+in+Optoelectronics%22">Waves and Fields in Optoelectronics</a>. , Prentice-Hall. Englewood Cliffs, N.J. (1984).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessenkonflikte.

In diesem Protokoll gibt es mehrere wichtige Schritte. Erste, mechanische Stabilität ist entscheidend bei der Probenvorbereitung. Die stehende Welle erzeugt durch Lloyds Setup reagiert empfindlich auf die Phasendifferenz zwischen zwei Beleuchtung Strahlen. Daher wird jegliche Schwingungen während der Belichtungszeit der Einheitlichkeit und Randschärfe der Nanohole beeinträchtigt. Es wird dringend empfohlen, beispielsweise in eine erschütterungsfrei Umgebung, z. B., eine optische Tisch mit Vibration Isolation unt...

Surface Plasmon vermittelte Fluoreszenz (SPMF) hat beträchtliche Aufmerksamkeit erhielt vor kurzem1,2,3,4,5,6. Wenn lichtemittern in unmittelbarer Nähe zu einem plasmonische System gestellt werden, kann Energie zwischen dem Emittenten und Oberflächen Plasmon Polaritonen (SPPs) übertragen werden. Im Allgemeinen können starke plasmonische Felder die Erregung der Emitter2stark verbessern. Zur gleichen Zeit wird die Emissionsrate auch wegen der großen Dichte-der-Staaten erstellt von SPPs, nachgeben der bekannten Purcell Effekt3erhöht. Diese beiden Prozesse arbeiten Hand in Hand bei der Herstellung der SPMF. Da SPMF hat zahlreiche Anwendungen in Solid-State Lighting1,4, Energy harvesting-5und Bio-Erkennung6, angeregt wird es derzeit intensiv untersucht. Insbesondere das Wissen um die Energie-Übertragungsraten von der SPPs die Emittenten und umgekehrt, d. h. die Erregung und Kupplung Preise, ist von großer Bedeutung. Aber die Anregung und Emission Prozesse sind in der Regel zusammen verstrickt, Studie über diesen Aspekt fehlt noch. Zum Beispiel bestimmen die meisten Studien nur die Erregung Wirkungsgrad, die einfach die Emission mit und ohne SPPs7vergleicht. Die exakte Messung der Erregung Rate fehlt noch. Auf der anderen Seite Zeitaufgelösten konventionellen Techniken wie Fluoreszenz-Lebensdauer-Spektroskopie werden routinemäßig zur Untersuchung der Dynamik des Prozesses Emission verwendet, aber sie sind nicht in der Lage, die Kupplung Rate von der totalen Verfall Preis8zu trennen. Hier beschreiben wir, wie sie durch die Kombination der Gleichung Tarifmodell und den zeitlichen gekoppelten Modus Theorie9,10bestimmt werden kann. Bemerkenswert ist, finden wir, dass die Erregung und Kupplung Preise in Bezug auf die messbaren Mengen ausgedrückt werden können, durch Winkel und Polarisation gelöst Reflektivität und Photolumineszenz-Spektroskopie zugegriffen werden kann. Wir werden zunächst skizzieren die Formulierung und dann die Instrumentierung im Detail zu beschreiben. Dieser Ansatz ist völlig Frequenzbereich basiert und es erfordert keine Zeitaufgelösten Zubehör wie ultraschnellen Laser und Zeit korreliert Single-Photon-Zähler, sind teuer und manchmal nur schwer umzusetzen8, 11. rechnen wir mit dieser Technik, um eine Basistechnologie für die Bestimmung der Anregung und Kopplung zwischen lichtemittern und resonanten Hohlräume werden.
Die SPMF in periodische Systeme wird hier informiert. Für eine periodische plasmonische System wo Bloch-ähnliche SPPs erzeugt werden können, als direkte Anregung und Emission, die durch die Erregung Wirkungsgrad η und spontane Emission Rate ΓRgekennzeichnet sind, können die Emittenten von eingehenden SPPs begeistert sein und über ausgehende SPPs zerfallen. Das heißt, werden unter Resonanzanregung, eingehende SPPs generiert, um starke plasmonische Felder erstellen, die die Emittenten zu energetisieren. Sobald der Strahler begeistert sind, kann Energie aus ihnen auf ausgehende SPPs, die anschließend Strahlungs-, Fernfeld abführen, was zu verstärkten Ausstoß übertragen werden. Sie definieren SPMF. Für einfache zwei-Ebenen-Strahler bezieht sich die Erregung auf den erhöhten Übergang der Elektronen aus dem Boden um die angeregten Zustände während die Emission den Zerfall der Elektronen zurück in die Staaten von Boden, begleitet von Photonenemission bei definierten Wellenlängen definiert durch die Energiedifferenz zwischen den Staaten aufgeregten und Boden. Die Anregung und Emission Bedingungen für die SPMF sind erforderlich, um die bekannten Phase matching Gleichung, die eingehende und ausgehende SPPs9 begeistern zu erfüllen
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq1.jpg">(1)
wo εein und εm sind die dielektrische Konstanten der Dielektrika und das Metall, θ und φ sind die einfallenden und azimutale Winkel P ist die Periode des Arrays, λ ist die Wellenlänge Erregung oder Emission und m und n sind die ganzen Zahlen die Reihenfolge der Angabe SPPs. Für Anregung, in der Ebene Wavevector des Laserstrahls werden Bragg in Schwung-Match mit den eingehenden SPPs zerstreut und θ und φ zusammen definieren die angegebene Vorfall Konfiguration für spannende SPPs zur Verbesserung der elektronischen Absorption bei der Erregung Wellenlänge λab. Ebenso für die Emission werden die ausgehende SPPs umgekehrt Bragg verstreut um die Lichtlinie entsprechen und die Winkel jetzt die Kanäle möglich Emission bei der Emission Wellenlänge λEm. Allerdings ist anzumerken, dass wie die Emittenten ihre Energie an vektorielle verbreitende SPPs mit koppeln können <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq2.jpg"> , hat die gleiche Größe <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq3.jpg"> aber verschiedene Richtungen der SPPs können über verschiedene Kombination von (m, n), Fernfeld folgenden GL. (1) zerfallen.
Mithilfe der Gleichung Tarifmodell und zeitliche gekoppelten Modus Theorie (CMT), wir finden, dass die Erregung Rate Γex, d. h. die Energie-Übertragungsrate von SPPs, Strahler, ausgedrückt werden kann, als9,12,13
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq4.jpg">(2)
η die genannten direkten Anregung Rate in Ermangelung der eingehenden SPPs, ΓTot ist die totale Zerfallsrate von eingehenden SPPs <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq5.jpg"> in dem Γabs und Γrad die ohmschen Absorption und radiative Decay Rate der SPPs, sind und <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq6.jpg"> ist die Photolumineszenz-Leistungs-Verhältnis mit und ohne eingehende SPPs. Auf der anderen Seite kann die Kupplung Satz Γc, d. h. die Energie Übertragungsrate vom Emitter zum SPPs, als geschrieben werden:
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq7.jpg">(3)
wo ΓR die direkte Emissionsrate ist <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq8.jpg"> ist die Photolumineszenz-Leistungs-Verhältnis zwischen dem αth SPP vermittelte Zerfall und direkte Anschlüsse und Γradα und ΓTot sind die radiative Decay-Preise für den α-th -Port und die Preise insgesamt Verfall. Wir werden sehen, dass während der SPP-Verfall-Preise von Reflektivität Spektroskopie gemessen werden können, die Emission-Leistungs-Verhältnis durch Photolumineszenz-Spektroskopie bestimmt werden kann. Details der Formulierungen finden Sie unter Referenz9,10.

<table><tbody><tr><td>SU-8</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2000.5</td><td></td></tr><tr><td>Adhäsionslösung</td><td>MicroChem</td><td>Omnicoat</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Verdünner (Gamma-Butyrolacton)</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2000 Verdünner</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Entwickler</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 Entwickler</td><td></td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Chemat Technology</td><td>KW-4A</td><td></td></tr><tr><td>HeCd Laser</td><td>KIMMON KOHA CO., LTd</td><td>IK3552R-G</td><td></td></tr><tr><td>Shutter</td><td>Thorlabs</td><td>SH05</td><td></td></tr><tr><td>Objektiv für die Probenvorbereitung</td><td>Newport</td><td>U-13X</td><td></td></tr><tr><td>Lochblende</td><td>Newport</td><td>PNH-50</td><td></td></tr><tr><td>Iris</td><td>Newport</td><td>M-DI47.50</td><td></td></tr><tr><td>Prisma</td><td>Thorlabs</td><td>PS611</td><td></td></tr><tr><td>Rotationstisch für die Probenvorbereitung</td><td>Newport</td><td>481-A</td><td></td></tr><tr><td>Saugabscheidungssystem</td><td>Hausgemachte</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotationsstufe 1</td><td>Newport</td><td>URM80ACC</td><td></td></tr><tr><td>Rotationsstufe 2</td><td>Newport</td><td>RV120PP</td><td></td></tr><tr><td>Rotationsstufe 3</td><td>Newport</td><td>SR50PP</td><td></td></tr><tr><td>Detektionsarm</td><td>Hausgemachte</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Quarzlampe</td><td>Newport</td><td>66884</td><td></td></tr><tr><td>Faserbündel</td><td>Newport</td><td>77578</td><td></td></tr><tr><td>Objektiv für Messung</td><td>Newport</td><td>M-5X & M-60X</td><td></td></tr><tr><td>Polarisator & Analysator</td><td>Thorlabs</td><td>GT15</td><td></td></tr><tr><td>Multimode Faser</td><td>Thorlabs</td><td>BFL105LS02</td><td></td></tr><tr><td>Spektrometer</td><td>Newport</td><td>MS260i</td><td></td></tr><tr><td>CCD</td><td>Andor</td><td>DV420-OE</td><td></td></tr><tr><td>514nm Argon-Ionen-Laser</td><td>Spectra-Physics</td><td>177-G01</td><td></td></tr><tr><td>633nm HeNe Laser</td><td>Newport</td><td>R-32413</td><td></td></tr><tr><td>CdSeTe Quantenpunkt</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>q21061mp</td><td></td></tr><tr><td>Polyvinylalkohol-Polymer (PVA)</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>363073</td><td></td></tr><tr><td>Kontrollprogramm</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW</td><td></td></tr></tbody></table>

bestimmung der erregung und kupplung zwischen lichtemittern und oberflächen plasmon polaritonen

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

Wir haben eine einzigartige Methode zur Messung der Anregung und Kupplung Preise zwischen lichtemittern und Oberflächen Plasmon Polaritonen (SPPs) aus metallischen periodische Arrays ohne Einbeziehung der Zeitaufgelösten Techniken entwickelt. Wir haben die Preise von Mengen formuliert, die von einfachen optischen Messungen gemessen werden kann. Die Instrumentierung basierend auf Winkel und Polarisation gelöst Reflektivität und Photolumineszenz-Spektroskopie werden hier ausführlich beschrieben. Unser Ansatz ist interessant wegen seiner Einfachheit, das erfordert Routine Optik und mechanischen mehrstufig und somit sehr erschwinglich für die meisten der Forschungslabore.

Ein Beispiel für ein Au periodische Array wird im Einschub von Abbildung 4a8gegeben. Das Flugzeug-View SEM-Bild zeigt, dass die Probe ein 2D quadratische Gitter kreisloch Array mit einer Periode von 510 ist nm, eine Lochtiefe von 280 nm und einem Lochdurchmesser von 140 nm. Abbildung 4azeigt die p-polarisierten Reflektivität Zuordnung Γ-X-Richtung mitgenommen. Die gestrichelte Linie wird berechnet, indem d...

Dieses Protokoll beschreibt die Instrumentierung für die Bestimmung der Anregung und Kopplung zwischen lichtemittern und Bloch-ähnlichen Oberflächen Plasmon-Polaritonen periodische Arrays aus.

Bestimmung der Erregung und Kupplung zwischen Lichtemittern und Oberflächen Plasmon Polaritonen

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

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.

determination-excitation-coupling-rates-between-light-emitters

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Plasmonic Pinzette und photonischen Kristall Nanostrukturen gezeigt, nützliche Verbesserungen in der Effizienz und Orientierung Kontrolle von optisch Trapping Mikro-und Nano-Partikel zu produzieren.

Nutzung von Plasmonic und Photonic Crystal Nanostrukturen für verbesserte Mikro-und Nanopartikel-Manipulation

Dieses Video demonstriert die lokalisierte Oberflächenplasmonen-Resonanztomographie, um Proteinsekrete von einer einzelnen Zelle zu detektieren. Unter Verwendung eines mikrofluidischen Aufbaus und eines peptidgebundenen plasmonischen Nanostruktur-Chips zeigen Änderungen der reflektierten Lichtintensität am Resonanzwinkel Wechselwirkungen mit sezernierten Proteinen aus einer einzelnen Zelle.

Lokalisierte Oberflächenplasmonen-Resonanztomographie zum Nachweis von Proteinsekreten aus einer einzelnen Zelle

Wir beschreiben Methoden für die Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung plasmonischen photoleitenden Emitter, die zwei Größenordnungen höher Terahertz-Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Strahlern photoleitenden anbieten.

Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter

Silbernanodrähte können gleichzeitig Elektronen und optische Information in Form von Oberflächenplasmonen transportieren. Es wird hier ein Verfahren beschrieben, um eine solche gemeinsame Schaltung zu realisieren und die Grenzen bei der Ausbreitung beider Informationsträger zu bewerten.

Bewertung des plasmonischen Transports in stromführenden Silbernanodrähten

Sättigungs- und umgekehrte Sättigungsstreuung wurden in isolierten plasmonischen Teilchen entdeckt und als neuartige nicht-bleichende Kontrastmethode in der hochauflösenden Mikroskopie eingesetzt. Hier werden die experimentellen Verfahren zum Nachweis und zur Extraktion nichtlinearer Streuung im Detail erläutert sowie wie die Auflösung mit Hilfe der gesättigten Anregungsmikroskopie verbessert werden kann.

Die Messung der Streunichtlinearitäten von einem Einzel Plasmonische Nanopartikel

Die Synthese von einheitlichen Goldnanopartikeln, die mit Halbleiterschalen aus CdS oder ZnS beschichtet sind, wird durchgeführt. Die Halbleiterbeschichtung erfolgt durch die Abscheidung einer Silbersulfidhülle und den Austausch der Silberkationen gegen Zink- oder Cadmiumkationen.

Synthese, Charakterisierung und Funktionalisierung von Hybrid Au / CdS und Au / ZnS Kern / Schale-Nanopartikel

Ziel dieses Protokolls ist es, einen bewährten Ansatz für die Herstellung von plasmonischen Nanopartikelproben und für die Durchführung einzelner Partikelspektroskopie auf ihnen mit differenziertem Interferenzkontrast (DIC) Mikroskopie zu beschreiben.

Durchführung der Spektroskopie über plasmonische Nanopartikel mit transmissionsbasierten Nomarski-Typ-Differentialinterferenz-Interferenz-Kontrahenten Mikroskopie

Die photonische Bandstruktur ermöglicht es zu verstehen, wie sich eingegrenzte elektromagnetische Modi in einem photonischen Kristall ausbreiten. In photonischen Kristallen, die magnetische Elemente enthalten, werden solche eingeschränkten und resonanzförmigen optischen Modi von einer verbesserten und modifizierten magneto-optischen Aktivität begleitet. Wir beschreiben ein Messverfahren zur Extraktion der magneto-optischen Bandstruktur durch Fourier Raummikroskopie.

Spektrale und winkelaufgelöste magneto-optische Charakterisierung photoischer Nanostrukturen

Das vorliegende Protokoll beschreibt einen bequemen Ansatz zur Integration von optischem Fang und oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie (SERS), um plasmonische Nanopartikel für die empfindliche molekulare Detektion zu manipulieren. Ohne Aggregationsmittel setzt der Fanglaser plasmonische Nanopartikel zusammen, um die SERS-Signale von Zielanalyten für spektroskopische In-situ-Messungen zu verbessern.

Optisches Einfangen plasmonischer Nanopartikel für In-situ-oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie-Charakterisierungen

In dieser Arbeit wird beschrieben, wie polarisationsempfindliche Zwei-Photonen-Mikroskopie angewendet werden kann, um die lokale Organisation in markierungsfreien Amyloid-Superstrukturen-Sphäroliten zu charakterisieren. Außerdem wird beschrieben, wie die Probe vorbereitet und gemessen, der erforderliche Aufbau zusammengestellt und die Daten analysiert werden, um Informationen über die lokale Organisation von Amyloidfibrillen zu erhalten.

Polarisationsempfindliche Zwei-Photonen-Mikroskopie zur markierungsfreien Amyloid-Strukturcharakterisierung

Erfahren Sie, wie Sie Erregungs- und Kopplungsraten zwischen Lichtemittern und Oberflächen-Plasmon-Polaritonen in metallischen periodischen Arrays mit winkel- und polarisationsaufgelöster Spektroskopie bestimmen.

Bestimmung der Erregung und Kupplung zwischen Lichtemittern und Oberflächen Plasmon Polaritonen

Weitere Videos entdecken