Summary
Questo protocollo descrive la strumentazione per la determinazione dell'eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e Bloch-come plasmonica di superficie polaritoni derivanti da matrici di periodiche di accoppiamento.
Abstract
Abbiamo sviluppato un metodo unico per misurare l'eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e plasmonica di superficie polaritoni (SPPs) derivanti da matrici periodiche metalliche senza coinvolgere risolta nel tempo tecniche di accoppiamento. Abbiamo formulato le tariffe dalle quantità che può essere misurata con semplici misure ottiche. La strumentazione basata sulla riflettività risolta di angolo e di polarizzazione e spettroscopia di fotoluminescenza descriveremo in dettaglio qui. Il nostro approccio è intrigante grazie alla sua semplicità, che richiede routine ottiche e meccaniche diverse fasi e quindi è molto conveniente per la maggior parte dei laboratori di ricerca.
Introduction
Plasmonica di superficie mediata fluorescenza (SPMF) ha ricevuto un'attenzione considerevole recentemente1,2,3,4,5,6. Quando emettitori di luce sono collocati in prossimità di un sistema plasmonico, energia possa essere trasferito tra gli emettitori e plasmonica di superficie polaritoni (SPPs). In generale, i forti campi plasmonici fortemente possono migliorare l'eccitazione di emettitori2. Allo stesso tempo, il tasso di emissione è aumentato anche a causa del grandi densità degli stati creati da SPPs, producendo il ben noto effetto di Purcell3. Questi due processi lavorano mano nella mano nella produzione del SPMF. Come SPMF ha stimolato numerose applicazioni di illuminazione a stato solido,1,4,5e bio-rilevamento6, l'accumulo di energia è attualmente sotto indagine intensiva. In particolare, la conoscenza della velocità di trasferimento di energia da SPPs gli emettitori e viceversa, cioè, l'eccitazione e accoppiamento tariffe, è di grande importanza. Tuttavia, i processi di eccitazione e di emissione sono solitamente impigliati insieme, studio su questo aspetto è ancora carente. Ad esempio, la maggior parte degli studi solo determinare il rapporto di efficienza di eccitazione, che confronta semplicemente l'emissione con e senza SPPs7. L'esatta misurazione del tasso di eccitazione è ancora manca. D'altra parte, convenzionale risolta nel tempo tecniche quali la spettroscopia di fluorescenza durata sono abitualmente utilizzati per studiare la dinamica del processo di emissione, ma non sono in grado di separare il tasso di accoppiamento dal tasso di decadimento totale8. Qui, descriviamo come uno può determinare loro combinando il modello di equazione di tasso e la modalità di accoppiamento temporale teoria9,10. Notevolmente, troviamo che l'eccitazione e tariffe di accoppiamento può essere espresso in termini di quantità misurabili, che sono accessibili mediante l'esecuzione di riflettività risolta di angolo e di polarizzazione e spettroscopia di fotoluminescenza. Noi innanzitutto delineare la formulazione e quindi descrivere la strumentazione in dettaglio. Questo approccio è interamente basato su dominio di frequenza e non richiede alcuna accessori risolta nel tempo come laser ultra-veloce e correlati nel tempo del singolo-fotone contatori, che sono costosi e talvolta difficili da implementare8, 11. possiamo anticipare questa tecnica per essere una tecnologia abilitante per determinare l'eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e cavità risonanti di accoppiamento.
Il SPMF in sistemi periodici è informato qui. Per un sistema periodico plasmonico dove SPPs Bloch-come può essere generato, diverso da quello diretto eccitazione e di emissione, che sono caratterizzate dall'eccitazione efficienza η ed emissione spontanea tasso Γr, gli emettitori possono essere eccitati SPPs in ingresso e decadimento via SPPs in uscita. In altre parole, sotto eccitazione di risonanza, in arrivo SPPs vengono generati per creare forti campi plasmonici che eccitano gli emettitori. Una volta che gli emettitori sono eccitati, energia da loro possa essere trasferita in uscita SPPs, che successivamente viene dissipa per campo lontano, dando luogo a una maggiore emissione. Essi definiscono SPMF. Per emettitori semplici a due livelli, l'eccitazione si riferisce alla transizione aumentata degli elettroni dal suolo per stati eccitati mentre l'emissione definisce il decadimento degli elettroni negli Stati Uniti di terra, accompagnati da emissione di fotoni a lunghezze d'onda definite tramite la differenza di energia tra gli stati eccitati e di terra. Le condizioni di eccitazione e di emissione per il SPMF sono tenute a compiere la fase ben nota corrispondente equazione per eccitare l'incoming e outgoing SPPs9
(1)
dove εun e εm sono le costanti dielettriche dei dielettrici e il metallo, θ e φ sono gli angoli azimutali e incidenti, P è il periodo della matrice, λ è la lunghezza d'onda di eccitazione o emissione e m e n sono valori integer che specifica l'ordine di SFF. Per l'eccitazione, il wavevector nel piano del raggio laser sarà Bragg sparsi per partita di slancio con la SPPs in ingresso e il θ e φ insieme definire la configurazione specificata incidente per emozionanti SPPs per aumentare l'assorbimento elettronico presso la eccitazione lunghezza d'onda λex. Allo stesso modo, per l'emissione, il SPPs in uscita sarà inverso Bragg sparsi per abbinare la linea di luce e gli angoli rappresentano ora i canali di emissione possibile presso il λ lunghezza d'onda di emissioneem. Tuttavia, è notato che come gli emettitori possono accoppiarsi loro energia per SPPs moltiplicazione vettoriale con 
che ha la stessa grandezza 
ma direzioni diverse, il SPPs può decadere tramite varie combinazione di (m, n) di campo lontano seguenti EQ. (1).
Utilizzando il modello di equazione di tasso e la teoria dei modi accoppiati temporale (CMT), troviamo che l'eccitazione tasso Γex, cioè, la velocità di trasferimento di energia dalla SPPs ad emettitori, può essere espresso come9,12,13
(2)
dove η è il tasso di eccitazione diretta sopraccennato in assenza del SPPs in arrivo, Γtot è il tasso di decadimento totale del SPPs in arrivo 
in cui Γabs e Γrad sono l'assorbimento ohmico e tassi di decadimento radiativo di SPPs, e 
è il rapporto di potenza di fotoluminescenza con e senza il SPPs in arrivo. D'altra parte, l'accoppiamento tasso Γc, vale a dire, la velocità di trasferimento di energia da emettitori di SPPs, può essere scritta come:
(3)
dove Γr è il tasso di emissione diretta, 
è il rapporto di potenza di fotoluminescenza tra il αth SPP mediato decadimento e porte diretto e Γradα e Γtot sono i tassi di decadimento radiativo per la porta dith α e i tassi di decadimento totale. Vedremo che, mentre tutti i tassi di decadimento SPP possono essere misurati dalla spettroscopia di riflettanza, il rapporto di potenza di emissione può essere determinato dalla spettroscopia di fotoluminescenza. Dettagli delle formulazioni possono essere trovati in riferimento9,10.
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Protocol
1. installazione della litografia di interferenza
Nota: Litografia di interferenza viene utilizzato per fabbricare le matrici periodiche12. La configurazione schematica, come è illustrato nella Figura 1, è costruita come segue:
- Concentrare il 325 nm laser da un laser multimodo HeCd per un 13 X UV lente dell'obiettivo e passare attraverso un foro stenopeico 50 μm basato filtro spaziale per la modalità di pulizia.
- Posizionare due iridi di diametro 2,5 cm 30 cm separatamente per filtrare ulteriormente la regione centrale della luce divergente. Dopo il secondo iris, il diametro del fascio è uguale a 2,5 cm e aumenta molto lentamente con la distanza, che è < 3 cm a 1 m di distanza dal secondo iride. La luce è presupposto per essere quasi collimato.
Nota: L'uscita dal secondo iride dovrebbe essere uniforme quando controllato dagli occhi nudi. - Dirigere il fascio collimato a interferometro specchio di un Lloyd. Installazione di Lloyd contiene un titolare di esempio basato su Prisma e una perpendicolare di 5,04 cm specchio posizionato ad esso. L'illuminazione diretta e riflessa insieme creano un'onda stazionaria stabile lungo la superficie del campione per la modellatura. Il prisma agisce come un dispositivo antiriflesso.
Nota: Il periodo P dell'onda in piedi può essere scritta come:
, dove λ = 325 nm e α è l'angolo di incidenza rispetto al campione normale, come è mostrato nella Figura 1. L'angolo di incidenza può essere regolata ruotando l'installazione di Lloyd.
, dove λ = 325 nm e α è l'angolo di incidenza rispetto al campione normale, come è mostrato nella Figura 1. L'angolo di incidenza può essere regolata ruotando l'installazione di Lloyd.2. periodici matrice preparazione
Nota: Il campione è preparato sotto la procedura standard consigliata dal costruttore. Tutte le procedure sono effettuate a temperatura ambiente.
- Utilizzare un substrato di vetro di 1 cm2 . Pulire il vetro con metanolo e acetone per 10 minuti ciascuno, in un bagno ad ultrasuoni e poi pre-cuocere su un piatto caldo a 200 ° C per 1 h rimuovere lo sporco.
- Spin-cappotto il substrato di vetro con uno strato di adesione spessa 5 nm e un photoresist SU-8 negativo spessa a nm 100 con un velo di spin due velocità.
- Diluire il photoresist SU-8 con Gamma-butirrolattone in un rapporto di 1:5 (v/v) in modo che lo spessore può essere controllato vicino al 100 nm dopo rivestimento per rotazione.
- Erogare 3-5 gocce (0,2 mL) di soluzione di adesione sul substrato di vetro e rotazione a 600 rpm per 10 s e 3600 giri/min per 1 min, consecutivamente.
- Ripetere il passaggio 2.2.2 con 5-7 (0,3 mL) gocce di diluito SU-8 dal punto 2.2.1 alla stessa velocità.
Nota: Il livello di adesione migliora l'aderenza tra il substrato di vetro e il photoresist affinché il photoresist non sarebbe staccare durante lo sviluppo. Lo spessore dello strato SU-8 è controllato dalla concentrazione e la velocità di spin coater.
- Prebake il campione su fornelli di 65 ° C e 95 ° C per 1 min ciascuna. Forni non sono consigliati qui.
- Trasferire il campione per il prisma nell'interferometro. Aggiungere una goccia di olio di corrispondenza di indice di rifrazione (n = 1.45) per fissare il campione sul prisma. Posto più vicino allo specchio come possibile.
Nota: Il campione viene attaccato sulla superficie del prisma a causa della tensione superficiale dell'olio. L'indice di rifrazione dell'olio viene scelto per essere lo stesso substrato prisma e vetro per eliminare la riflessione posteriore dall'interferenza. - Per un reticolo quadrato bidimensionale, esporre il campione due volte con lo stesso tempo di esposizione ma con direzioni ortogonali; cioè, esporre il campione e quindi ruotarla di 90° per la seconda esposizione. Quando il photoresist è esposto ad una luce di 325 nm, e legami incrociati e non può essere sciolto da sviluppatore SU-8.
Nota: Il diametro D della matrice può essere controllato regolando il tempo di esposizione. - Duro cuocere il campione a 65 ° C e 95 ° C per 2 min evitare che la pellicola di cracking.
- Immergere l'intero campione in developer per 2 min con agitazione continua per sciogliere l'area non esposta.
- Immergere il campione in alcool isopropilico per 1 min sciacquare i residui e poi asciugare con aria compressa. Una matrice ordinata allora è prodotto.
3. deposizione di Film oro e rivestimento di emettitore di luce
- Fissare il campione al titolare campione del sistema di deposizione con nastro biadesivo per deposizione di film Au di polverizzazione del magnetron di radio-frequenza.
- Pompa giù la camera ad una pressione 2 x 10-6 Torr base utilizzando una pompa turbomolecolare e poi riempirla nuovamente con 6 x 10-3 Torr ultra ad alta purezza gas Ar.
- Utilizzare un obiettivo di Au di 5cm diametro 99,9% e posizionare un otturatore tra il campione e la destinazione. Consumano poca energia (50 W) per ridurre il tasso di deposizione e la rugosità superficiale. Con l'otturatore chiuso, pre-polverizza il bersaglio per 10 min rimuovere lo sporco.
- Aprire l'otturatore per elaborare la deposizione a temperatura ambiente per 20 min. Uno spessore di 100 nm è regolarmente depositato per garantire che il sistema plasmonico è otticamente spesso con nessuna trasmissione.
- Una volta che il campione è pronto, spin-cappotto la luce che emettono materiali come coloranti organici o quantum dots sulla superficie di metallo per formare un sottile strato di dielettrici.
- Per la tintura di styryl 8 usata nel riferimento9, sciogliere 20 µ g di styryl 8 e 500 µ g di polimero di alcool polivinilico (PVA) in 5 mL di metanolo.
- Dispensare 3-5 gocce (0,2 mL) di soluzione colorante sul campione e spin consecutivamente a 600 rpm per 10 s e 3600 giri/min per 1 min. Lo spessore è stimato a 80 nm.
Nota: Polimero solubile o insolubile acqua può essere utilizzato come materiale di fissaggio a seconda del tipo di materiale che emettono. Tuttavia, il polimero dovrebbe essere non-emissiva affinché non interferirebbe con le misure di fotoluminescenza. Polimero dell'alcool polivinilico (PVA) è consigliato per sciogliere i coloranti solubili in acqua come Rodammina 6G e styryl 8.
4. riflettività misure per determinare il tasso di decadimento SPP
Nota: L'installazione di spettroscopia di riflettività risolta di polarizzazione e angolo è illustrato nella Figura 2. Si compone di un goniometro con tre fasi di rotazione per cambiare in modo indipendente l'orientamento del campione (fase 1) e angolo di rilevazione (fase 2), nonché l'angolo azimutale di campione (fase 3).
- Utilizzare una luce bianca a banda larga da una lampada al quarzo come la sorgente luminosa. Innanzitutto abbinarlo a un fascio di fibre ottiche multimodali e poi collimare e da una coppia di collineari faccia a faccia lenti dell'obiettivo (5x e 60 X). Illuminare il fascio di luce sul campione a diverse angolazioni incidente modificando l'orientamento del campione. Posto un paio di incidente polarizzatore e analizzatore di rilevazione prima e dopo il campione per misure di polarizzazione-dipendente.
Nota: Gli obiettivi di faccia a faccia agiscono come un sistema di lenti che collimates e si espande la sorgente di luce bianca dalla fibra multimoda. - Utilizzare una fibra multimodale per raccogliere la riflessione speculare del campione, che è collegato a uno spettrometro e un rivelatore CCD per la spettroscopia.
- Allineare l'installazione attentamente per garantire sia la fase di orientamento del campione e fasi di rotazione di rilevamento sono concentrici, cioè., loro assi di rotazione sono collineari.
- Calibrare l'installazione con una pellicola piana di Au. Misurare lo spettro di riflessione alle diverse angolazioni incidente e confrontarli con gli spettri di riflessione teorica calcolati dalle equazioni di Fresnel utilizzando una funzione dielettrica Au conosciuta. I due insiemi di dati devono essere coerenti con meno di 5% di errore.
- Una volta che l'installazione è pronto, misurare la polarizzazione lineare, p o s, spettri di riflessione del campione a diverse angolazioni incidente. La dimensione di incremento dell'angolo incidente è di 0.5° e la risoluzione di lunghezza d'onda è 0,66 nm. Per raccogliere gli spettri sotto diverse angolazioni di incidente, è scritto un programma di controllo per l'automazione, compreso il movimento meccanico, controllo dell'otturatore, acquisizione dati, sottrazione di sfondo, ecc.
Nota: Questo passaggio avviene informaticamente. Il programma è disponibile su richiesta. Si prega di inviare una email all'autore corrispondente per il codice sorgente, se necessario. - La riflettività vs angolo di lunghezza d'onda e incidente per ottenere la relazione di dispersione del sistema plasmonica per la determinazione di tasso di identificazione e decadimento modalità plot Contour.
Nota: L'angolo azimutale di esempio è quello di individuare la posizione nella zona di Brillouin. Ad esempio, per esempio di reticolo quadrato, ruotare il campione azimutalmente modo che uno dei suoi periodi è parallelo con l'incidente aereo e questo definisce la direzione di Γ-X. Ruotare il campione di 45° per definire la direzione di Γ-M. - Se l'incidente polarizzato è impostata a 45° rispetto al piano di incidente e l'analizzatore è a-45 °, misurare il mapping ortogonale o traversa-polarizzata, riflettività.
- Estrarre lo spettro di riflessione polarizzata p e ortogonale e inserirle utilizzando CMT9,12,13, come descritto nella discussione per determinare i tassi di decadimento di SPPs.
5. fotoluminescenza misure per determinare il rapporto di potenza di emissione
Nota: L'installazione di fotoluminescenza risolta di angolo e di polarizzazione è illustrato nella Figura 3.
- Sostituire la sorgente di luce a banda larga con 514 nm a ioni di argon o 633 nm del laser HeNe. Utilizzare un filtro di linea laser con un completo larghezza mezza massimo (FWHM) inferiore a 5 nm per pulire il laser spettralmente e posizionare un piatto di mezza onda per controllare lo stato di polarizzazione del fascio laser. Il goniometro e l'unità di rilevamento rimangono invariati. Posto un filtro notch prima dell'unità di rilevamento per rimuovere la linea di laser, che seppellisce la luminescenza.
Nota: La lunghezza d'onda del laser dipende dal tipo di materiali che emettono. Per eccitare il materiale con lunghezza d'onda di emissione è necessaria maggiore energia del fotone. - Per misurare il rapporto di potenza di emissione per EQ (2) & (3), effettuare due tipi di misurazioni: le scansioni di rilevamento e incidente. L'interazione tra le scansioni di incidente e rilevamento aiutare nella determinazione
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. - Per l'analisi degli incidenti, variare l'angolo incidente continuamente ma fissare l'angolo di rilevamento rispetto al campione normale.
Nota: Questo passaggio avviene informaticamente. Questa configurazione eccita selettivamente il SPPs in entrata, che sono dipendente, mentre si controlla la variazione dell'emissione sotto l'angolo di rilevazione selezionate angolo incidente. In altre parole, l'emissione aumenta quando l'angolo incidente compie la fase corrispondente equazione in EQ. (1).- Gli spettri di fotoluminescenza contro la lunghezza d'onda e l'angolo di incidenza per il mapping di scansione incidente plot Contour. Misurare i mapping per gli angoli di rilevamento differenti ma le intensità relative si trovano lo stesso. Di conseguenza, l'analisi degli incidenti sonde l'effetto del SPPs in arrivo sull'emissione o semplicemente l'aumento di eccitazione, che permette di misurare e .
- Gli spettri di fotoluminescenza contro la lunghezza d'onda e l'angolo di incidenza per il mapping di scansione incidente plot Contour. Misurare i mapping per gli angoli di rilevamento differenti ma le intensità relative si trovano lo stesso. Di conseguenza, l'analisi degli incidenti sonde l'effetto del SPPs in arrivo sull'emissione o semplicemente l'aumento di eccitazione, che permette di misurare
- Per la scansione di rilevamento, correggere l'angolo di incidenza rispetto al campione normale ma variare l'angolo di rilevazione.
Nota: Questo passaggio avviene informaticamente.- Allo stesso modo, gli spettri di fotoluminescenza con lunghezza d'onda e rilevazione rese angolo il rilevamento scansione mappatura plot contour. Come l'emissione di SPP deriva dallo smorzamento di radiazione di SPPs, l'emissione è fortemente dipendente di angolo di rilevazione. Di conseguenza, sotto eccitazione costante, l'emissione aumenta quando l'angolo di rilevazione compie EQ. (1). Questa configurazione sonde la valorizzazione di emissione e ci permette di determinare per diverse αth ordine finché ha dipendenza di angolo di rilevamento ben definita.
- Allo stesso modo, gli spettri di fotoluminescenza con lunghezza d'onda e rilevazione rese angolo il rilevamento scansione mappatura plot contour. Come l'emissione di SPP deriva dallo smorzamento di radiazione di SPPs, l'emissione è fortemente dipendente di angolo di rilevazione. Di conseguenza, sotto eccitazione costante, l'emissione aumenta quando l'angolo di rilevazione compie EQ. (1). Questa configurazione sonde la valorizzazione di emissione e ci permette di determinare
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Representative Results
Un esempio di matrice periodica Au è dato nella rientranza di Figura 4a8. L'immagine di vista SEM aereo Mostra che il campione è una matrice di foro circolare 2D reticolo quadrato con un periodo di 510 nm, una profondità del foro di 280 nm e un diametro del foro di 140 nm. Il mapping di riflettività p-polarizzato preso lungo la direzione di Γ-X è mostrato nella Figura 4a. Il tratto di linea viene calcolato dalla fase corrispondente equazione EQ. (1) che indica che (m = -1, n = 0) SPPs sono eccitati.
Quando il polarizzatore e analizzatore sono impostate a posizioni ortogonali, il mapping di riflettività corrispondente è mostrato in Figura 4b. Vediamo che il mapping è quasi identico alla mappatura polarizzata lineare tranne lo sfondo diventa ora zero come il riflesso non risonante è rimosso dall'analizzatore. Inoltre, i profili di riflettività sono cambiati da dip alle vette come soltanto i resti smorzamento radiazione SPP dopo la rimozione dello sfondo.
Infatti, la relazione di dispersione è un buon strumento per lo studio di SPMF. Supponendo che la lunghezza d'onda di eccitazione laser è di 700 nm, in un angolo di incidenza del 19° sarà generato in arrivo SPPs e con cui si interagisce con gli emettitori se corrisponde a loro banda di assorbimento. D'altra parte, emissione SPP verrà rilevato a un angolo di incidenza del 23° se l'emissione avviene a 730 nm. Pertanto, le risonanze SPP permettono di per eccitare il SPPs in arrivo per il potenziamento di eccitazione e di individuare il SPPs in uscita per l'aumento delle emissioni.
Abbiamo spin cappotto CdSeTe quantum dots drogati PVA polimero sulla matrice10. Figura 5a e 5b visualizzare il mapping di riflettività p-polarizzato e ortogonali scattato lungo il lungo la direzione di Γ-X, mostrando la (-1,0). Figura 5 c & d 5 Mostra che il corrispondente fotoluminescenza incidente e rilevamento scansione mapping prelevati al rilevamento e l'incidenti angoli di 0 ° e 0 °, rispettivamente. Laser lunghezza d'onda λex è 633 nm. Infatti, coerente con la mappatura di riflettività, vediamo che la forte emissione si verifica in un angolo di incidenza di 18,5 ° dove l'incoming (-1,0) SPPs sono eccitati. D'altra parte, dalla scansione di rilevamento, la forte somiglianza tra la riflettività e la fotoluminescenza verifica che le emissioni sono potenziate se il SPPs in uscita sono eccitati.
I tassi di decadimento SPP e fotoluminescenza potenza rapporti10richiede la determinazione di eccitazione e tariffe di accoppiamento. Per determinare i tassi di decadimento a 633 nm lungo la direzione di Γ-X, lo spettro di riflettività p-polarizzato e ortogonali estratta da Figura 5a e 5b sono mostrati in Figura 6a. Lo spettro di p-polarizzato Mostra un profilo di Fano-come che può essere descritto come 
, dovep è la riflettività nonlinearita e ωSPP è l'energia del fotone risonante, considerando che la controparte ortogonale segue 
, espositrici un Lineshape lorentziano12. Quindi sono meglio dotati e sono i tassi di decadimento radiativo e totale, Γtot e Γrad, 95.08 e 27.15 meV (con h).
D'altra parte, il rapporto di potenza di fotoluminescenza è ottenuto come segue. Dall'analisi degli incidenti in Figura 5C, il profilo di emissione presso il λ lunghezza d'onda di emissioneem = 690 nm, dove l'emissione diretta individua, viene estratto in Figura 6b. Il rapporto di potenza 
, che è definita come l'emissione diretta con e senza il SPPs in arrivo, è semplicemente l'intensità a 18,5 ° diviso per lo sfondo piatto (6.896). 
è quindi determinato da 574,04 meV.
D'altra parte, il tasso di accoppiamento è dipendente dalla lunghezza d'onda di emissione. La lunghezza d'onda di emissione a 690 nm viene scelto come esempio. I tassi di decadimento radiativo e totale, Γtot e Γrad, sono 60.06 e 17.12 meV (con h), rispettivamente. Il profilo di scansione di rilevamento viene estratta dalla Figura 5 d e visualizzato in Figura 6 c. Il rapporto di potenza 
è definito come il (-1,0) emissione SPP diviso per l'emissione diretta di semispazio supponendo che il campione non ha nessuna trasmissione. Poiché il rilevatore copre un angolo solido ΔΩ ~ π37202 sr, per una superficie Lambertiana, 
, dove b segue lo sfondo in Figura 6 c come 
. D'altra parte, il 
è dato come il profilo di picco diviso per ΔΩ. Di conseguenza, 
è trovato per essere 0.805.
Figura 1 . Schematica della litografia interferenze. Una luce di laser 325 nm focalizzata attraverso un filtro spaziale e poi è illuminato su interferometro di specchio di un Lloyd dove si trova il campione. Le forme d'onda in piedi lungo la superficie del campione per l'esposizione. Inserto: schemi della vista superiore e laterale del campione completato nella sezione 2. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2 . Spettroscopia di riflettività risolta di polarizzazione e angolo. (un) schemi di polarizzazione e angolo-risolto spettroscopia di riflettanza. Tre fasi di rotazione vengono utilizzati per la costruzione del goniometro. Una fibra multimoda accoppiata spettrometro e rivelatore CCD è utilizzato per il rilevamento. Una sorgente di luce bianca a banda larga è utilizzata per misure di riflettività. (b) vita reale immagine della maggior parte (casella tratteggio nero in (un)) della spettroscopia riflettività risolta di polarizzazione e di angolo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3 . Schemi di spettroscopia di fotoluminescenza risolta di polarizzazione e angolo. Un laser di 514 o 633 nm viene utilizzato per fotoluminescenza. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4 . Mapping di riflettività e tassi di decadimento dedotte. (un) il mapping di riflettività p-polarizzato di un'Au matrice presa lungo la direzione di Γ-X. Il tratto di linea viene calcolato utilizzando la fase di equazione, risultati di corrispondenza (-1,0) SPPs sono eccitati a lunghezze d'onda. Inserto: l'aereo-Visualizza immagine di SEM della matrice. (b), la riflettività ortogonale corrispondente mapping mostrando che lo sfondo è annullato e la riflettività si tuffa ora diventare cime. (c) la trama del Γtot e Γrad in funzione della lunghezza d'onda. I risultati sono riportati da riferimento9. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5 . La riflettività, incidente e rilevamento scansione mapping di una matrice rivestito con CdSeTe punti quantici presi lungo la direzione di Γ-X. Il (un) p-polarizzato e mapping di riflettività ortogonale (b) e il rilevamento di incidente e (d) fotoluminescenza (c) corrispondente scansione mapping preso con angolo di rilevamento e incidente = 0 ° e 0 °, rispettivamente. Laser lunghezza d'onda λex è 633 nm. I risultati sono riportati da riferimento10. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6 . Rappresentante riflettività, incidente e rilevamento scansione profilo. (un) la riflettività p-polarizzato e ortogonale spectra insieme risulta il più adatto per la determinazione Γtot e Γrad 633 nm. profili di scansione (b), il rilevamento di incidente e (c) di estratti (b). I risultati sono riportati da riferimento10. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
In questo protocollo, ci sono diversi passaggi critici. Stabilità meccanica, prima è cruciale nella preparazione del campione. Le onde stazionarie generate dal programma di installazione di Lloyd è sensibile alla differenza di fase tra due travi di illuminazione. Pertanto, qualsiasi vibrazione durante il tempo di esposizione si degrada l'uniformità e la nitidezza dei bordi dell'ordinata. Si consiglia vivamente di operare in un ambiente privo di vibrazioni, ad esempio, una tabella ottica con supporti di isolamento delle vibrazioni. Inoltre, laser ad alta potenza è voluto anche per minimizzare la vibrazione come conseguenza riduce il tempo di esposizione. In secondo luogo, il foro stenopeico nel passaggio 1.1 deve essere scelto correttamente. La dimensione del foro dovrebbe essere abbastanza piccolo per eseguire la modalità di pulizia su un lato e ancora abbastanza grande per trasmettere la potenza sufficiente per l'esposizione sul lato opposto. Si consiglia un foro stenopeico 50 μm e 13 X obiettivo del laser di multimodo HeCd. In terzo luogo, va osservato che la forma di Lorentzian linea della riflettività ortogonale è valido solo quando sonop≈ rs, dove sonop e rs sono non-risonante riflettività per p e s-polarizzata illuminazione12. Tuttavia, per una matrice ordinata con angolazione incidente o alcuni metamateriali anisotropici, non si può trascurare la differenza tra rp e rs e la riflettività risultante produce 
, dando luogo a Fano lineshape.
In sintesi, questo protocollo descrive un metodo per determinare l'eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e SPPs di accoppiamento da matrici periodiche metalliche 2D. La velocità viene misurata dalla polarizzazione-risolta e in angolo riflettività e fotoluminescenza spettroscopia, entrambi i quali sono tecniche di dominio di frequenza. Rispetto alle tecniche convenzionali risolta in tempo, questo metodo non solo differenzia i processi di eccitazione e decadimento di SPMF, che non sono considerati nella maggior parte dei studi di valorizzazione di fluorescenza, ma determina anche i tassi di accoppiamento di emettitori di luce per diverse modalità SPP. Come tecniche di tempo-risolta solo misurano la durata totale di un emettitore di luce e sono in grado di identificare i contributi da diverse modalità di risonanza, il nostro metodo certamente sarebbe in grado di aggiungere valore a questo campo soprattutto quando emettitori di luce vengono posizionati in un complesso sistema di risonanza. Per un sistema periodico plasmonico, 
modalità ha una direzione ben definita decadimento mentre emissione diretta viene considerato isotropo. Le loro differenze in direzione di emissione danno luogo all'identificazione di modalità. Come emissione direzionale è un comportamento universale a nanomateriali, tale differenziazione può essere facilmente estesa ad altri sistemi risonanti come metamateriali e cristalli fotonici. Prevediamo che questa tecnica per essere una tecnologia abilitante per lo studio di valorizzazione di fluorescenza tra emettitori di luce e cavità risonanti.
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Disclosures
Gli autori dichiarano di non avere nessun concorrenti interessi finanziari.
Acknowledgments
Questa ricerca è stata sostenuta dall'Università cinese di Hong Kong attraverso il 4053077 di sovvenzioni dirette e 4441179, RGC stanziati ricerca finanziamenti competitivi, 402812 e 14304314 e Area di eccellenza AoE/P-02/12.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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
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